1Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza CURSO DE LIXIVIACION TEORIA Y PRÁCTICA PREPARADO POR: SANTIAGO HONORES MEZA 2 ai A C d Ea Ec E Eo Eg Eh Eho Ep ET Far F G g h H Hg Hp I i i(-) i(+) io(-) io(+) kg ki kI K Kso KS KNS l L n pH P Pab Patm PG Ph PL Po Pp Q r R Re s sef S Sh SI So Sp ST Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza Actividad de la especie i Área Concentración Diámetro Potencial de anódico Potencial de catódico Potencial Potencial estándar Energía potencial gravitacional Potencial con respecto al electrodo estandard de hidrógeno Potencial estandarad con respecto al electrodo estandard de hidrógeno Energía potencial de presiçon Energía potencial total Constante de Faraday fuerza Energía libre Gravedad Altura Carga hidráulica total Carga gravitacional Carga por presión Fuerza iónica Corriente o densidad de corriente (según el caso) Corriente catódica Corriente anódica Corriente catódica en potencial de reposo Corriente anódica en potencial de reposo Constante de acuerdo a la ecuación (2.34) Constante de acuerdo a la ecuación (2.33) Permeabilidd intrínseca Constante de equilibrio de una reacción Constante de soluilidad Conductividad hidráulica o permeabilidad, en un medio saturado Conductividad hidráulica o permeabilidad, en un medio no saturado longitud Longitud en la ecuación de Darcy Número de electrones Presión manométrica Presión absoluta Presión atmosférica Presión en la fase gaseosa Presión a una profundidad determinada en un estanuque Presión en la fase líquida Presión absoluta referencial Presión parcial Caudal Radio Constante de los gases ideales Número de Reynolds Grado de saturación Saturación efectiva Solubilidad del O2 Solubilidad máxima a una altura determinada en un estanque Solubilidad del O2 a una fuerza iónica determinada Solubilidad del O2 en agua pura Solubilidad de un gas a una presión parcial Solubilidad del O2 a una temperatura T 3 t T vD vr Vg Vh VL Vs VT W z zi tiempo Temperatura Velocidad de Darcy vlocidad real en medio poroso Volumen ocupado por la fase gaseosa Volumen de los huecos en un medio Volumen ocupado por la fase líquida Volumen ocupado por la fase sólida Volumen total de un medio Trabajo efectuado distancia vertical hasta el punto de referencia carga del electrón, ecuación (4.92) T s r L SG LG L e i oi R g p L P i Porosidad total Tortuosidad humedad humedad en saturación humedad residual o de impregnación pendiente de una recta Tensión superficial Tensión superficial de un líquido (también LG) Tensión interfacial sólido-gas Tensión interfacial líquido-gas Viscosidad de un fluido Resistencia eléctrica Potencial químico de la especie i Potencial químico estándar de la especie i Potencial químico de una reacción Potencial total Potencial gravitacional Potencial matrical Densidad Densidad del líquido Densidad de pulpa Ángulo en la ecuación de Young Coeficiente estequiométrico de la especie i Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza son normalmente líquidos.2 Concentración y/o purificación de soluciones. 1. se está dando mucha relevancia el tratamento de estos minerales vía hidrometalurgia. La figura 1. aunque esto en la práctica es casi imposible de alcanzar en forma efectiva.2.1. debiendo usarse condiciones en las cuales el material inerte no sea lixiviable. que la mayor ventaja de la pirometalurgia frente a la hidrometalurgia. 1. la cual normalmente comprende tres etapas. Los métodos más comunes empleados.1. todo proceso en el cual ocurren reacciones. entendiéndose por operación unitaria. depende principalmente de las impurezas a ser removidas y de los componentes a ser recuperados.1. es que en la primera la cinética de las reacciones involucradas es mucho mayor. los cuales pueden ser más fáciles de tratarlos antes desecharlos. Esta etapa tiene como objetivo.Esta etapa tiene por objetivo. esta puede ser tratada vía hidrometalurgia. esto debido a que en los procesos pirometalúrgicos.4 I. aquí el componente valioso. Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza INTRODUCCION La hidrometalurgia es un área de la metalurgia. los cuales una vez que entran en contacto con el medio ambiente. Los procesos hidrometalúrgicos son relativamente nuevos en comparación a los procesos pirometalúrgicos. muestra un diagrama para el caso especifico de recuperación de cobre desde una mena de cobre oxido. muestra un diagrama general de la vía hidrometalúrgica para la recuperación de una especie valiosa desde su mena.. la separación de la(s) especie(s) valiosa(s) de las impurezas. las que se enumeran a continuación: 1. donde el azufre mayormente es descartado al estado elemental. hasta la actualidad su procesamiento vía pirometalurgia.1 Lixiviación. 1.Esta es la etapa final del proceso hidrometalúrgico. son prácticamente imposibles de recuperarlos. es convertido en un producto comerciable con especificaciones de calidad asociados. los cuales pueden ser: Adsorción (carbón activado) Precipitación Flotación de iones Flotación de precipitados Extracción por solventes Intercambio iónico La aplicación de cualquiera de estos procesos.3 Recuperación de la especie valiosa. al aumento de yacimientos que son inapropiados económicamente para ser tratados por vía pirometalurgia y también a razones ambientales. el que se realiza mediante uno o varios procesos. se debe principalmente.. El aumento en el uso de procesos hidrometalúrgicos. en cambio los efluentes de procesos hidrometalúrgicos.1 Proceso hidrometalúrgico Una vez que la mena ha sido preparada por reducción de tamaño y posiblemente se le haya sometido a un proceso de beneficio de minerales. esto no ocurre vía hidrometalurgia. Se debe indicar. disolver lo más selectivo posible la especie valiosa.1. que comprende todos los tipos de operaciones unitarias que se realizan en medio acuoso para la extracción y recuperación de componentes valiosos. . por lo que en la actualidad. normalmente los efluentes son gases contaminantes. son los siguientes: Electrólisis Precipitación Reducción gaseosa Cementación Cristalización La figura 1. En cuanto a los minerales sulfurados. cambios o transformaciones químicas. no se ha podido controlar totalmente las emisiones de SO2 al medio ambiente. .5 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza MINERAL REDUCCION DE TAMAÑO Reactantes LIXIVIACION Residuo Licor de lixiviación Reactantes CONCENTRACION y/o PURIFICACION DE LICOR DE LIXIVIACION Sub-productos LICOR PURIFICADO Reactantes RECUPERACION DE ESPECIE VALIOSA Regeneración de reactivos lixiviantes y reciclado de solución ESPECIE VALIOSA Fig. 1. vía hidrometalurgia.1 Diagrama de flujo general. 1.2 ???? . vía hidrometalurgia. 1.Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza 6 MENA DE COBRE REDUCCION DE TAMAÑO LIXIVIACION EN PILAS Fase acuosa (refino) Ripio Licor de lixiviación EXTRACCION POR SOLVENTES Orgánico descargado Orgánico cargado con cobre REEXTRACCION (stripping) Electrolito pobre (spent) Electrolito rico en cobre (avance) ELECTROOBTENCION CATODOS DE COBRE Fig.2 Diagrama de flujo para la recuperación de cobre (óxido). y las que pierden electrones. como son: la concentración de reactivos y la temperatura. el que es inestable para pH>2. siempre es apropiado realizar un estudio termodinámico. En la tabla 2. Termodinámicamente son tres los factores principales que se deben analizar para determinar la lixiviación de un determinado compuesto. A + ne = C B = D + ne A + B = C + D Donde: semireacción de reducción (E1) semireacción de oxidación (E2) reacción total (ET=E1+E2) (2. pero no con el hierro. el cual normalmente es el agua. para analizar cuales son las condiciones más favorables para la disolución selectiva de los compuestos de interés. además. debido a que precipita como hidróxido. La lixiviación es la disolución de uno o varios constituyentes de un sólido en un solvente. estos no forman complejos con todos los elementos. Existen también otras variables influyentes. 2. los complejos formados por cambios de pH.Reactivos de lixiviación Reactivos para fijar el pH ácidos H2SO4 HCl HNO3 bases CaO NaOH NH4OH Reactivos para fijar el potencial agentes oxidantes agentes reductores O2 sales férricas H2O2 Permanganato H2 CO SO2 Reactivos acomplejantes sales de cloruro NH3 sales de cianuro sales de carbonato En cuanto a los agentes oxidantes o reductores.2 Reactivos de lixiviación Normalmente un material no es soluble en agua pura. el potencial redox de la solución y la formación o no de complejos que no sean debido a hidrólisis. los acomplejantes actúan en determinados rangos de pH y otros actúan en todo el rango de pH.1) (2.1 se muestran los reactivos más comunes que se usan para fijar los tres factores que se nombraron. el amoniaco forma complejos con el cobre. además. de oxidación o anódica. estos actúan según el pH de la solución. donde se tenga reacciones que necesiten de intercambio de electrones. el(los) elemento(s) de interés se encuentra en el solvente como iones metálicos o complejos. Una vez alcanzado la lixiviación. por lo tanto. a veces es necesario un aumento de la temperatura y presión.2) (2. los que tienen incidencia en las diferentes en el ambito de la lixiviación. Los semireacciones que ganan electrones. Casi siempre la lixiviación necesita la presencia de ciertos reactivos para que la disolución proceda. así por ejemplo.1 ANTECEDENTES GENERALES Lixiviación.3 El potencial como parámetro en lixiviación En un medio acuoso..3) . En el caso de los agentes acomplejantes. los cuales son: el pH. se llaman de reducción o también catódica.1. En este capitulo se tratarán diversos temas. representándose en general por las siguientes ecuaciones. 2. Tabla 2. como es el caso del Fe 3+. 2. entendiéndose por hidrólisis. existirán reacciones (semireacciones) que ganan electrones y otras que los pierden.Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza 7 II. (2. así. al cual se le asigna un valor de 0 V.H2 O .Na2S Sulfuro de sodio . La característica principal de una semireacción de reducción. está dado por la suma de los potenciales de las reacciones de reducción y oxidación. se divide en forma cualitativa. Para el caso de una reacción total.1).2 0. Oxidantes Aumentan el Potencial - NaClO H2 O 2 Cl2 O2 .2 0. concentración 1M para especies disueltas y 1 atm de presión para gases.4) En la práctica. ecuación que será detallada en la sección (3.2 0.2) y (2. el potencial asociado sería (-E°). y si las actividades de las especies están en condiciones estándares. como la reacción (2.2 0. disminuye. manteniéndose así. el potencial total (ET).0591 log Ox n (2. aumenta. Entendiéndose.N2 Agua Gas nitrogeno . el o los estos de oxidación de los átomos pertenecientes a especies disueltas en un medio acuoso. para 1 atm de presión de H2 y . son perdidos por la semireacción de oxidación. D n iones o moléculas neutras en solución número de electrones intercambiados En un sistema. C. existirá una tendencia a aumentar. el estado de oxidación de las especies presentes. se obtienen de tablas y son dados para reacciones de reducción. la valencia que esta presenta en una molécula. al aumentar el potencial de un medio acuoso.2 0.2 0.2 0. Así.2 0. se debe indicar que esta diferencia (ET). A causa de que el potencial redox.5). las especies oxidantes y reductoras usadas a nivel laboratorio e industrial en hidrometalurgia. En el siguiente diagrama.1). tal como se muestra en las reacciones (2. los potenciales estándares (E°).3) y se verá en detalle en la sección (3. el potencial es estándar y se denomina (E°).H2 Hidrógeno gaseoso Reductores Disminuyen el Potencial - Cuo Fe2+ CO SO2 Cobre metálico Ferroso Monoxido de carbono Dioxido de azufre Fig. Los potenciales anteriores. En toda semireacción de reducción.1 Clasificación de Oxidantes y reductores. para que la reacción total proceda en forma espontánea.Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza 8 A. los electrones ganados por la semireacción de reducción.4).Cl- Ión cloruro . debe ser mayor a cero.1). según la ecuación (2. B. se relacionan con las concentraciones de reactante y producto. se toma como referencia el equilibrio H+/H2 a condiciones estándares dada por la semireacción (2.2 Férrico . El valor ET. o también el porcentaje de especies con mayor estado de oxidación de los átomos y viceversa. E Eo Red 0. es que el estado de oxidación de alguno o todos de sus productos (C). si uno escribe una reacción en forma de oxidación. no tiene un valor absoluto. es el potencial (E). la neutralidad del sistema.2 0.1).Fe3+ Agentes Neutros cc Hipoclorito de sodio Agua de oxigenada Cloro gaseoso Oxígeno 0. 2. por estado de oxidación de un átomo.NaHS Sulfidrato de sodio .2 0. existirá un potencial (E) asociado. en una semireacción de oxidación. el estado de oxidación de alguno o todos sus productos (D). El parámetro que controla. por el contrario. no necesariamente tiene relación con la cinética de la reacción. 10) 2. los que siempre se encuentran enlazados a otras moléculas.2 la reacción de reducción debe estar ubicada en la parte superior con respecto a la de oxidación.7618) = 1. las que sumándolas y agrupándolas en una sóla. 2.2b. se escribirá 0 V(ESH) y los potenciales con respecto a este sistema. la gráfica de las corrientes definidas vs el potencial de la superficie. En dicho potencial redox.7) Pd2+ + Zn = Pd + Zn2+ E= 0. se forma un potencial en su superficie.Cuando un sólido esta en contacto con una solución. esta condición se obtiene bajo un potencial denomidado mixto o de reposo.3.692 Au3+ + 3e = Au 1.71 El medio ambiente que nos rodea. generan una corriente ic. el cual es comúnmente llamado potencial redox.761 Al3+ + 3e = Al -1.662 Na+ + e = Na -2. para que una reacción proceda en forma espontánea.498 Pd2+ + 2e = Pd 0.0591 log Fe Fe 3 2 (2. etc.2 El potencial mixto o de reposo. de la temperatura.7128 (2.341 Fe3+ + 3e = Fe -0. debido a esto. 2H+ + 2e = H2 (2.521 Cu2+ + 2e = Cu 0.8) Tabla 2. en la tabla 2. Se asigna a la corrientes anódicas un valor +.037 Pb2+ + 2e = Pb -0. los distintos iones están en equilibrio gobernados por la ecuación (2.951 O2 + 4H+ + 4e = 2H2O 1.7618) (2. Na. si se suman estas dos corrientes se generará una corriente total i. a las corrientes catódicas se les asignan valores -. es decir. se debe tener Et>0.2 Potenciales estándares de diferentes semireacciones. en forma natural en una superficie la corriente catódica (io(-)) es igual a la anódica (io(+)).951 V) (2.229 Cu+ + e = Cu 0. según la siguiente semireacción: Fe3+ + e = Fe2+ (2.2. similarmente.951 – (-0. Por ejemplo. es relativamente oxidante. ocurriendo paralelamente semireacciones de oxidación y reducción.2b. es igual a la velocidad de electrones perdidos por los oxidación (figura 2. la corriente total de reducción (catódica) es igual al total de oxidación (anódica). Semireacción + Eho(V) Au + e = Au 1. del tipo y concentración de iones. en medio acuoso el equilibrio del par Fe3+/Fe2+.4).9 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza 1M en H+.3.447 Zn2+ + 2e = Zn -0. se escribe como Eh y en condiciones estándar como Eho. como por ejemplo: Pd2+ + 2e = Pd (E = 0. Zn.2a).28 Fe2+ + 2e = Fe 0. se muestra en la figura 2. el Al.2 se muestra valores de potenciales de diferentes semireacciones. Como se dijo. así.257 Co2+ + 2e = Co -0. . con sus estados de oxidación mayor a cero. como por ejemplo. y ya que la referencia es el electrodo estándar de hidrógeno (ESH).Toda solución acuosa tiene asociado un determinado potencial. tal como se muestra en la figura 2. las que sumando y agrupando en una sóla. se obtiene una corriente ia.9) está dado por la siguiente ecuación: E E o 0. Como se dijo.6) Zn2+ + 2e = Zn (E = -0. el que depende del pH. etc.1 Potencial del medio acuoso.5) En la tabla 2.126 Ni2+ + 2e = Ni -0. donde se cumple que la velocidad de electrones ganados por los reducción. no existen en la naturaleza elementos al estado metálico que se encuentren en la parte inferior de la tabla 2. En el comercio. Tabla 2.3 Variación del potencial desde la partícula al seno de la solución.3 Medición del potencial de reposo. °C 25°C 25°C 20°C 25°C 20°C 25°C 20°C 20°C Potencial Reposo. El potencial de reposo no es constante y variará del medio donde se encuentre. el electrodo de .Para la medición del potencial de reposo se necesitan 2 electrodos.3.2 Potencial en la superficie de una partícula en medio acuoso. En el caso del electrodo de referencia. y tiene un valor constante Eref. Mineral Pirita Calcopirita calcosita Covelita Galena Esfalerita Solución 1M H2SO4 1M HClO4 1M H2SO4 1M HClO4 1M H2SO4 1M HClO4 1M H2SO4 1M H2SO4 T. tal como se muestra en la figura 2.4.3 Potenciales de reposo de minerales sulfurados en distintos medios. se tiene un perfil de concentración desde el seno de la solución a la superfice de la partícula. 2. lo anterior genera una variación del potencial desde la solución a la interfase del sólido. mV(ESH) 630 620 520 530 440 420 280 -240 2. catódica y total vs el potencial de la superficie de la partícula Fig. son ganados por los de reducción Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza b) Gráfica de las corrientes anódica.. que puede tener diferentes formas.10 a) Los electrones perdidos por las reacciones de oxidación.4. Fig. tal como se muestra en la tabla 2. 2. esto debido a la diferencia de concentración de iones en la superficie de la partícula con respecto al de la solución. uno de referencia y el otro de la superficie de interes (trabajo). su valor de potencial no depende del medio. como por ejemplo el que se presenta en la figura 2. El potencial de reposo no tiene porque ser igual al redox. es decir.3. es común que la diferencia de potencial que se lee con este electrodo. el que es normalmente de 3M. el cual esta dado por la ecuación (2. es decir. con los terminales del de trabjo y de referencia en los signos (+) y (-) del voltímetro. En la práctica.4 Influencia del potencial redox en el de reposo.. y viceversa. los electrodos de Pt y Ag/AgCl. 2. correspondiéndole un valor de +0. en V(ESH)). el cual variará en forma casi paralela a línea de estabilidad del agua.11 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza referencia más común.3. tal como se muestra en la figura 2. este por ser inerte.5 Variación del potencial redox con el pH. respectivamente. sin sumarle el valor del potencial del electrodo de referencia. ni tampoco ocurran reacciones internas en el medio acuoso.El medio acuoso a un determinado pH. presenta un determinado valor de potencial redox. ΔE = Ereposo – Eref (2. y si el electrodo de referencia es de Ag/AgCl. se le use en forma normal. que la relación entre ellos no tiene porque ser lineal.3. aunque debe aclararse.4 Medición de potencial mixto. dependiendo su potencial de la concentración interna del ión Cl -. se tiene: EPt = Eredox (2. como puede ser debido a la presencia de agentes oxidantes o disminución del pH.. esto siempre y cuando no se agreguen oxidantes ni reductores externos. se lee un valor ΔE. se tiene que la variación del potencial desde la solución a la superficie de la partícula es mínimo. Cuando el electrodo de trabajo es de platino. se estaría leyendo el potencial redox. sería (ΔE + 0.12) En el mercado. el potencial redox sería igual a (ΔE + Eref) con respecto al ESH.220.5. son vendidos en un solo cuerpo y es llamado electrodo de potencial. así. .11). por lo que al leer el potencial mixto del platino. 2. se debe tener en cuenta que internamente consta de dos electrodos.220V (ESH). el potencial de reposo también presentará un aumento. sin embargo. Cuando se sumergen en solución acuosa ambos electrodos y se conectan sus terminales a un voltímetro.11) Fig. 2.Si se tiene que el potencial redox aumenta. es el electrodo de Ag/AgCl. y su solubilidad (equilibrio) se ve afectada por la presencia de ciertos iones y más aún. Este sistema se representa según la siguiente reacción: AmBn(s) mAn+ + nBmK = [An+m [Bm-n tal como se observa en las siguientes reacciones: CuCl(s) Cu+ + Cl[Cu+ [Cl- = 3. la solubilidad del cloruro cuproso (CuCl) en medio ácido. se aumenta considerablemente su solubilidad.5 Variación del potencial redox del agua pura en función del pH.. según las siguientes reacciones: NaCl CuCl2 Fe2(SO4)3 Na+ + ClCu2+ + 2Cl2Fe3+ + 3SO42- (2. los cuales se detallan a continuación: 2.4.15) Generalmente.2 Disolución química. Por ejemplo. siendo la velocidad de disolución gobernada por la agitación del sistema. es muy baja.16) (2. 2.1 Disolución física.Este es el caso más simple de disolución.3 Disolución electroquímica.13) (2.5 mV/pH pendiente teórica = -59 mV/pH -800 0 2 4 6 8 10 12 14 pH Fig.19) Este tipo de disolución generalmente presentan enlaces covalentes.18) (2. reacciones de oxidación y reducción. A continuación se muestran ejemplos de semireacciones de oxidación con sus respectivos potenciales standard: . las moléculas con enlace iónico pertenecen a este tipo de disolución. es decir. se necesita agregar agentes que modifiquen el potencial del sistema. si son iones comunes a los del sólido. CuCl2 y Fe2(SO4)3.En este tipo de disolución ocurren cambios de estados de oxidación.2x10-7 (25°C) 2+ 2CoS(s) Co + S [Co2+ [S2- = 10-22 (25°C) 2+ 2CaCO3(s) Ca + CO3 [Ca2+ [CO32- = 1. 2. los cristales se recubren de una capa de solución saturada de sal. para que la disolución ocurra.. mV (ESH) 600 400 200 0 -200 -400 -600 pendiente medida = -54. debido a la formación de complejos cuprosos de cloro los cuales son muy estables. los cuales necesitan agentes oxidantes. 2. la que se difunde hacia el seno de la solución. es la disolución de los metales y los sulfuros. Por lo tanto.17) (2.Este tipo de disolución está gobernada por una constante de equilibrio. los que se disuelven en agua.. En la disolución.14) (2.4 Clases de disolución Existen cuatro clases de disolución de un compuesto. pero si se agrega NaCl al sistema. 2.2x10-8 (25°C) (2.4. Ejemplos típicos. La energía de activación para estos sistemas es menor a 5 kcal/mol.Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza 12 1200 1000 800 Potencial. esto debido a la formación de complejos. Este es el caso de la disolución de las sales NaCl. donde el compuesto es totalmente soluble en medio acuoso.4. con la diferencia que en este caso se impone una corriente eléctrica al sistema. tales como el agua. mezclas de las disoluciones detalladas. generando iones libres. indica.1 Enlace iónico.5. 2. están justamente localizadas en la vecindad del electrón compartido. solamente los metales nativos presentan este tipo de enlace. La formación de iones en solución es muy escasa. en el caso del NaCl. punto de fusión y punto de ebullición. es la disolución de los ánodos de cobre en la electrorefinación de Cu.3 Enlace metálico. de dureza y peso específico moderado. 2.. todas las moléculas polares vecinas se orientarán como se muestra en la figura 2. depende de dos factores: la distancia entre los centros de los dos iones y su carga total. que una insignificante reducción de distancia entre los iones tropieza con una gran resistencia. Estas pueden ser de dos tipos. está repartida sobre la superficie total del átomo.Este enlace es producto de las fuerzas electrostáticas de atracción entre aniones y cationes.5. tenacidad. Este enlace es típico para el enlace cristalino. sin alterar en absoluto el mecanismo del enlace. gran estabilidad y puntos de ebullición y fusión muy altos.2 V (2. el que se da en la molécula de NaCl. es decir.En este tipo de enlace.24) 2. se cumple rigurosamente esta ley.Este tipo de disolución es igual a la disolución electroquímica. Un electrón no pertenece a un núcleo determinado.4 Enlace de Van der Waals. las unidades estructurales de los metales. El enlace iónico.. minimizando así.23) Por lo tanto. son los núcleos atómicos.34 V E°h = -0. ni en estado sólido. cuando una molécula polar se acerca a un ión. este tipo de conexión no es muy direccional. Físicamente. o incluso fuera de ella. Este tipo de enlace es el más fuerte de los enlaces químicos. la escasa calidad de compresión del cloruro cristalino de sodio.13 Cu° Fe° CuS Cu2+ + 2e Fe2+ + 2e Cu2+ + S° + 2e E°h = 0. Entre los minerales. los que son de largo alcance y se detallan a continuación: i Fuerzas de orientación (Keesom). es común que se tengan disoluciones que presenten como mecanismo. la cantidad de energía necesaria para romperla.44 V E°h = -0.4.6 c y d.20) (2. justamente debido a la aparición de considerables fuerzas de repulsión. 2. Debido a que la carga electrostática que constituye la conexión iónica. En el segundo caso. En general. si entre los iones no actuaran al mismo tiempo fuerzas de repulsión. el cual se reduce según la siguiente semireacción: O2 + 4H+ + 4e 2H2O E°h = 1. esta ocurrirá según la siguiente reacción: 2Cu° + O2 + 4H+ 2Cu2+ + 2H2O (2. por lo que no son conductores de electricidad. hace que estos cristales se disuelvan en solventes polares.5.. En efecto. ión-dipolo y dipolo-dipolo (figura 2. si consideramos la disolución del cobre metálico con O2. no podría existir. la energía de interacción.. interviniendo las llamadas fuerzas de Van der Waals. En el primer caso.2 Enlace covalente. caracterizándose por su insolubilidad general. es por lo general perfecta.6). .Este tipo de enlace es el más débil de todos. En la práctica.5 Tipos de enlaces en los cristales 2.5. el enlace es direccional y la simetría de los cristales resultantes es menos perfecta que cuando se presenta un enlace iónico. Debido a que las fuerzas eléctricas que forman el enlace. y es libre de moverse por la estructura. esta se orientará como se sugiere en la figura 2. es su gran plasticidad. los cristales con este enlace son por lo general.22) Uno de los agentes oxidantes que normalmente es usado.61 V Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza (2.En este enlace se comparten electrones para formar la unión de los átomos. La fuerza de enlace iónico. y la simetría del cristal resultante. soluciones conductoras. produciendo así. tienen puntos de ebullición y fusión generalmente altos y son poco conductores de electricidad y de calor. ductilidad y conductividad.21) (2. unidos por la carga eléctrica de una nube de electrones que los rodea..4 Disolución electrolítica.Estas fuerzas pueden considerarse como una acción entre los polos de signo contrario de dipolos permanentes. ni en solución. 2.6 a y b. Las características de este enlace. en todos los manuales sirve como ejemplo de tal enlace. es el oxigeno. El cristal compuesto de iones de carga contraria que se atraen. así como sus valores bajos de dureza.. Un ejemplo típico de uso industrial. . para dirigirse hacia el seno de la solución. es el resultado de un fuerte enlace covalente en el plano de las hojas. iv Enlace de hidrógeno. Así. los que producen un campo eléctrico. para los cuales es imposible la atracción mediante los 2 mecanismos anteriores. un desplazamiento de sus electrones desde su posición normal.5. obteniéndose así.. se producen desplazamientos momentáneos de los electrones con respecto al núcleo. y como resultado de ello.El enlace puente de hidrogeno. se debe tener en cuenta que las moléculas no polares. siendo diferente a cero en cortos periodos de tiempo. con su tremenda complejidad y diversidad. S. en promedio durante un periodo de tiempo. refleja el enlace Van de Waals. la fuerza de dispersión. estas experimentan un desbalance de fuerzas atractivas entre ellas. que hace que la superficie se contraiga es conocida como tensión superficial ().. creándose así. Por esta razón. Este momento dipolar creado cambia rápidamente de magnitud y dirección. conocida como fuerza dipolo inducido-dipolo inducido. por lo que si se desea aumentar el área superficial de un líquido es necesario entregar energía al sistema. así la nube de electrones y el núcleo son atraídas en direcciones opuestas y se produce un dipolo inducido. en cuanto a las moléculas que se encuentran en el seno de la solución. en la mayoría de los minerales dos o más tipos de enlaces. el cual induce dipolos en las moléculas vecinas.. así. Esta fuerza. en promedio estas están sujetas a igual fuerza de atracción en todas las direcciones (figura 2.6 Tensión superficial e interfacial En el estado líquido se tiene que las moléculas se atraen unas a las otras. es sometida a un campo eléctrico. coexistiendo así. por lo que experimentan un empuje hacia el seno de la solución. se trata de un tipo de enlace de la forma A-H entre el hidrógeno y un grupo donante de protones.Mediante esta clase de fuerzas pueden atraerse las moléculas o átomos. donde A es un átomo electronegativo (A: O. N. El campo eléctrico puede ser provocado. iii Fuerzas de dispersión (London). manteniendo juntas entre sí las hojas.5 Cristales con más de un tipo de enlace. ya que las especies involucradas presentan momento dipolar cero. las gotas de líquido y burbujas de gas tienden a ser de forma esférica. debido a las oscilaciones constantes de los electrones alrededor del núcleo. el cristal comparte las propiedades de los diferentes tipos de enlaces presentes. A continuación se esquematiza este enlace: O H H O C C O H H O 2. El resultado de esta inducción es una fuerza atractiva. cuando a una molécula no polar (molécula orgánica). mientras las que se encuentran en la interfase líquido-aire (u otra interfase). son así. halógeno o C). una atracción similar al caso anterior. muchas moléculas con frecuencia dejan la superficie del líquido. la presencia de un solo tipo enlace resulta muy raro. Así. dipolos transitorios. se producen con frecuencia casos de propiedades direccionales muy claras.Este caso se da. .En las sustancias naturales. 2. mientras que la excelente exfoliación. sin embargo.7).Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza 14 a) c) b) Fig. Para explicar este tipo de fuerza. d) ii Fuerzas de inducción (Debye). en el grafito la cohesión de las hojas delgadas de que está formado. 2. una de las mejores entre los minerales.6 Acción de las fuerzas de orientación. Cuando ocurre esto. sin momento dipolar permanente. por un ión o una molécula con dipolo permanente. es la fuerza instantánea promedio de atracción sobre todas las configuraciones de los electrones en la molécula. presentando así. para que el film no se contraiga o se estire.8.1 Agentes tensoactivos. En la interfase entre dos líquidos. el cual tiene un lado movible.15 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza Aire Líquido Fig. esta energía total debe ser mínima para un volumen determinado. donde se tiene un film de jabón.26) En esta ecuación. 2. esto justifica que las gotas tengan forma esférica. siendo la más comun ergio/cm2. De acuerdo a esta definición. En general. se tiene que las dos definiciones de tensión superficial son equivalentes. como cualquier sustancia que disminuye la tensión superficial o interfacial del medio en que se disuelve.25). Fig 2. también existe un desbalance de fuerzas intermoléculares pero de menor mágnitud. lo cual se logra sólo si A es mínimo. está dado por: Trabajo efectuado = W = dA (2. definiéndose como la energía por unidad de área de una superficie líquida. siendo esta última ecuación equivalente a la (2. El trabajo efectuado al aumentar el área superficial de un líquido. Esta última definición se ilustra en la figura 2. De acuerdo a esta definición. es el cambio de área de la superficie del liquido.25) Donde dA. siendo la más usadas dinas/cm. las unidades de la tensión superficial serían de fuerza/longitud. adsorbiéndose (concentrándose) en dichas interfases. Por lo tanto.6. e interfase al límite entre dos líquidos. la energía libe total de la superficie del líquido (el cual posee un área A) sería A. se tiene dos superficies. existiendo también una tensión entre ambas. el trabajo efectuado estaría dado por: W = F dx = (2 l) dx = (2 l dx) = (2 dA) (2. Si existe un desplazamiento dx de la parte movil. por lo tanto.. El primero. La tensión superficial puede ser vista desde dos puntos de vista. 2. de acuerdo a la termodinámica.8 Estiramiento de un film de jabón con un lado movible. se llama supeficie al límite entre un líquido y un gas. la tensión superficial es la fuerza de contracción por unidad de longitud que actúa paralelamente a la superficie del líquido. es termodinámico y se le debería llamar energía libre superficial ().Se define un agente tensoactivo. a este lado movible hay que aplicarle una fuerza externa F. llamada tensión interfacial. es decir. Normalmente. el valor de 2 es debido a que el film de jabón posee dos caras. las unidades de sería energía/área.7 Fuerzas atractivas entre las moléculas en la superficie y en el interior del líquido. Desde un punto de vista físico. . que conforme el sólido es más hidrofílico. aumentando el valor de cos. tienden a orientarse en la interfase con su grupo polar dirigido hacia la fase acuosa y su grupo no polar hacia la fase gaseosa (o aceite). además.. y por lo tanto.Cuando una gota es ubicada sobre la superficie de un líquido. además de su orientación en la interfase. cuando <90º y que es mojado completamente. esto con el fin de que la solución lixiviante penetre con mayor facilidad en su interior por acción capilar. siendo normalmente. En la figura 2. Se debe aclarar. Si se realiza un balance de fuerzas en la dirección de la interfase sólido/líquido.3 El ángulo de contacto y mojamiento. que la modificación LG es más fácil de alcanzar desde el punto de vista práctico.La hidrometalurgia tiene como propósito la disolución en un medio acuoso de las especies valiosas.9 Representación y orientación esquemática de los agentes tensoactivos.11). resultando una superficie más mojable y viceversa. siendo esta última controlable con reactivos respectivos. lo que se consigue disminuyendo el ángulo . la porción no polar de naturaleza hidrocarbonada (también puede ser flouorocarbonado) y de poca afinidad (rechazo) por el medio acuoso.6. Debido a esto. 2.10). la parte polar. La característica hidrofílica (mojabilidad) de un sólido. esta forma un ángulo entre las fases líquida y sólida (figura 2. es influenciada por la tensión superficial del líquido. obteniéndose un menor valor de . el valor de YSL disminuirá.27) (2.28) Se dice que un líquido moja un sólido. éteres o alcoholes. Estos agentes tensoactivos pueden ser iónicos o neutros. .16 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza estos agentes se caracterizan por componerse de una parte polar y una no polar (moléculas amfifílicas). haciendo más mojable la superficie de la partícula. el cual se define como el ángulo de contacto. tal como se verá a continuación. SG = SL + LG cos γ γ SL cos θ SG γ LG (2. ésteres. en particular cuando está dentro de un tubo capilar. aunque se debe aclarar.28) esto es posible cuando se disminuyen los valores de LG y SL. se necesita que las partículas a tratar sean lo más hidrofílicas posibles. elementos como el fósforo. es decir. nitrógeno o un halógeno. pudiendo contener oxigeno. Estos agentes tensoactivos.9 se muestra el esquema de un agente tensoactivo. lo que se busca es que la partícula sea lo más mojable posible. como los ácidos carboxílicos. los cuales son posibles de modificarlos. En la etapa de lixiviación. existiendo un amplio rango entre estos ángulos. al conjunto de fenómenos que se producen en la superficie de un líquido. se obtiene la ecuación de Young (se debe aclarar que este análisis es termodinámico). si =0o. los cuales tienen afinidad por el medio acuoso. puede envolver casi cualquier grupo funcional de la química orgánica. con lo que se logra disminuir principalmente la tensión superficial de la fase acuosa. también puede contener azufre como los ácidos sulfónicos o sus ésteres. gas o aceite parte no polar ( lipofílico) parte polar (hidrofílico) acuoso Fig.6. γ LG líquido θ γ SG gas γ SL sólido Fig. 2. 2.. de acuerdo a la ecuación (2.10 Ángulo de contacto. 2. entendiéndose por capilaridad. Esta modificación se lográ usando agentes tensoactivos (figura 2.2 La tensión superficial en lixiviación. ya que esto da lugar a la disolución de especies minerales en condiciones donde no ocurría tal fenómeno.30) Kn = [ML(z-n) / [Mz+ [L-n (2. el agente más abundante y barato usado. Este consta de una especie central (el cual generalmente es un catión).= MLn(z-n) K1 = [ML(z-1) / [Mz+ [L- K2 = [ML(z-2) / [Mz+ [L-2 (2. El O2 es un buen oxidante natural.= ML2(z-2) en general: Mz+ + nL. la presencia de la especie acomplejante promueve o aumenta la disolución de ciertas partículas. observándose que conforme aumenta temperatura. tal como se verá en la sección (3.1 Influencia de la temperatura. según la siguiente relación(Tran): ST = S298 exp[(1336/T)-4. además.32).31) Estas constantes de formación.52 ppm a 1 atm de presión de aire (21% O2)(Narita). estas serían para un valor de fuerza iónica (I) igual cero. el cual puede ser obtenido del aire. la solubilidad del O2 va disminuyendo. que las ecuaciones dadas para el caso del O 2.32) En la figura 2.= ML(z-1) Mz+ + 2L. 2.29) (2. se muestra la solubilidad del oxigeno en función de la temperatura para diferentes electrolitos.8. Un complejo. Por lo que se hace necesario. para los diferentes medios.48] Donde: ST solubilidad del O2 a la temperatura T S298 solubilidad del O2 a los 298°K T temperatura en grados kelvin (2. sin embargo. . alrededor del cual se encuentran los ligandos. se puede usar para otros tipos de gases. 2.7 Formación de complejos En hidrometalurgia es importante la formación de complejos.58 ppm a una presión de 1 atm de O2 y de 8. Se debe indicar. 2.con sus respectivas constantes de formación: Mz+ + L. luego. es el O 2 que se encuentra en el aire.. saber su comportamiento. lo que esta de acuerdo a la ecuación (2.1). este elemento en medio acuoso presenta baja solubilidad. pueden determinarse a partir de las energías libres de formación de sus especies. es de 40. los cuales reflejan con mayor veracidad la concentración de los diferentes complejos. El acomplejamiento ocurre por etapas y conforme va aumentando la concentración total del ligando en el sistema.8 Solubilidad del O2 en medio acuoso Debido a que en lixiviación es necesario un oxidante. es la unión de dos o más especies que pueden existir en forma independiente y son termodinámicamente estables. va variando la estabilidad de los diversos complejos.17 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza gas líquido sólido Fig. se encuentran diferentes constantes de formación aparentes (I>0). realizando las respectivas correcciones. La solubilidad de este elemento en agua pura.La solubilidad del O2 disminuye al aumentar la temperatura.11 Agentes tensoactivos en la interfase líquido/gas y líquido/sólido. A continuación se muestra el acomplejamiento de un catión metálico con un ligando L.12. En la bibliografía. 2. Este efecto se observa en la figura 2. Si bien un aumento de la temperatura.13.4M NaCl. % 80 70 60 50 40 30 20 10 0 50 60 70 80 90 100 110 Temperatura. lo cual está dado por la siguiente relación(Tran): log(SI/So) = -ΣkiCi Donde: SI solubilidad del oxigeno a una determinada fuerza iónica So solubilidad del oxigeno en agua pura (2. en presencia de O2(Honores). °C Fig. por lo que se debe tener un máximo en la recuperación. pero tendrá efectos negativos a alguna temperatura.12 Solubilidad del O2 en diversos electrolitos a diversas temperaturas. la solubilidad del O2 disminuye. tiempo 20 min. 2. normalmente incrementa las constantes de velocidad intrínsecas de reacción y las de difusión del sistema.2 Influencia de la fuerza iónica.33) .Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza 18 Fig. un medio que necesite oxidación. PO2 = 1 atm(Narita).6M HCl. 2. un aumento de la temperatura es apropiado. condiciones: pulpa a 0. 2. 100 90 Extracción de Cu.13 Extracción de Cu desde Cu2S en función de la temperatura en laboratorio.8.La solubilidad del O2 disminuye al aumentar la fuerza iónica (concentración de sales) del sistema. 2. De acuerdo a lo anterior. donde se presenta un máximo a aproximadamente de 92°C al lixiviar calcosina. 4 12.9 8. Tabla 2.6 23.5 14.005M H2SO4/0.5 9. En la figura 2.2 18.8.6 95°C 17.5 18.4 20. unidades Esta regla puede verificarse en la figura 2.9 15.4 8.5 0.4 Solubilidades del O2 (mg/l) (PO2 = 1 atm).5M H2SO4/0.3 19. mol/l constante semiempírica para la especie iónica i.4 8.3 Variación de la presión con la altitud.7 20. en diferentes medios(Yong).3 13.15 se muestra el valor de la presión atmosférica a diferentes alturas y en la tabla 2.3 17. 2.5 20. .7 10.5 2.5M H2SO4/2.9 9.5M NaCl 19. a una disminución en la solubilidad del O2 en medio acuoso. lo que conlleva a que disminuya la presión parcial del O2.6 0.9 8.8 14.19 Ci ki Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza es la concentración de la especie iónica i.9 21.5M NaCl 34.4 18.5M NaCl 34.3 16.2 17. y a su vez.8 15.8 2.2 10. donde se observa la disminución de la solubilidad de O2 al aumentar la concentración de diversos electrolitos. Temperatura Solución de Electrolito 25°C 65°C 75°C 80°C 85°C 90°C Agua pura 40.02M H2SO4/0.3 15.0M NaCl 18.3 0. En la siguiente tabla se muestran la solubilidad del O2 para diferentes soluciones de electrolito a diversas temperaturas.5 se presenta la variación de la solucibilidad del O2 a diferentes alturas y temperaturas.5M NaCl 30.1 8.0 14.9 0.14 log(S/So) en función de la concentración de diferentes electrolitos(Narita).La presión atmosférica disminuye al aumentar la altitud.0 9.2 17.14.4 15.2 16..9 11.0M H2SO4/0.9 11. Fig. 3 4.8 11.1 7.3 9.3 10.1 10.1 9.2 2.0 7.1 2.8 10.3 7.3 7.8 7.4 6. varía según la ecuación (2.20 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza Fig.4 10.8 7.3 7.6 3.5 7.9 4.9 4.7 7.2 8.9 3.3 8.2 5.6 7.1 6.1 6.5 6.7 8.2 7.3 12.9 12.9 5.8 4.3 8.9 6.7 3.9 5.1 7.4 12.8 9.3 6.8 7.0 4.8 8.7 4.2 4.La solubilidad de un gas en medio acuoso.2 6.7 4.3 9.0 4.2 9.1 5.8 5.6 11.1 6.3 4.4 9.9 8.5 4.4 6.5 6.4 8.7 5.0 10.3 6.8 10.5 9.5 6.6 10.6 5.1 7.1 6.1 12.8.0 3.9 6.6 5.6 13.3 5.9 4.3 5.7 7.7 9.7 11.9 10.6 6.34) para bajas presiones parciales del gas.9 9.5 3.1 8.8 7.2 3.15 Variación de la presión y % O2 en aire en función de la altura.6 5.6 8.7 4.9 2. ppm (40.2 8.6 8.6 6.9 5.5 4.7 4.4 4.5 7.7 5.6 6.9 6.3 6.8 5.1 6.2 7.3 5.7 7.2 3.1 4.6 5.8 3.0 7.8 4.7 8. (40.0 3.4 3.8 6.2 4.6 5.5 3.9 5.4 3.3 4.8 4.1 3.2 6.0 12.0 5.1 5.9 3.1 6.3 5.0 4.7 6.1 5.3 13.9 5.9 9.3 11.7 5.2 6.9 11.3 4.2 11.8 9.8 4.9 6.0 3.4 11.5 4.6 6.7 3.9 9.7 3.6 13.1 4.1 6.3 6.3 4.5 Solubilidad del O2 a diferentes altitudes y temperaturas.0 3.1 3.5 3. 2.5 5.4 4.0 4.2 12.7 9.7 5. atm (2.7 8.8 6.1 3.4 12.5 7.7 4.7 5.2 5.0 7.2 9.5 4.7 12.9 4.4 5.8 5.8 5.0 5.1 8.6 4.9 4.2 2.8 6.9 10. m 0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000 3300 3600 4000 14. °C 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 Tabla 2.2 5.6 6.5 7.2 6.9 3.0 11.8 6.1 5.1 5.6 7.5 4.3 5.4 11..8 7.6 ppm/atm para el O2) Pp presión parcial del gas. se deben realizar las correcciones respectivas.8 4.9 10.34) .6 8.1 9.9 8.8 8.9 5.0 5.3 2.6 6.8 5.2 4.4 4.9 4.5 5.3 9.6 9.2 8.2 4.5 3.3 5.4 5.4 5.8 7.1 5.7 12.0 5.8 5.7 3.6 3.3 4.1 2.4 11.2 10.3 7.4 5.6 8.9 2.4 6.6 2.0 3.2 5.8 3.2 3.7 5.8 5.4 5.6 8.3 7.6 4.5 5.4 5.8 7.9 6.6 ppm de O2 a 1 atm) kg constante que depende del gas.6 4.7 5.6 6.4 5.6 6.3 4.0 6.6 4.7 4.1 8.5 5.7 7.0 10.6 5.3 4.4 Variación de la solubilidad con la presión parcial.7 9.1 5.3 6.1 4.4 6.0 8.5 7.0 11.2 5.0 8.5 5.5 3.1 2.0 6.1 13.6 6.8 6.5 7.1 7.7 3.9 5.5 7.6 9.2 6.6 14.0 6.9 7.3 9.6 4.8 3.4 6.0 4.8 8.3 8.5 7.2 3.4 6.1 8.1 4. si la presión aumenta demasiado.8 10.6 6.4 10.4 3.3 3.4 8.4 8.2 7.8 6.5 10.1 4.7 7.4 6.3 7.0 6.9 6.2 10.7 5. SP = kg Pp Donde: Sp solubilidad de un gas a una presión parcial Pp.6 4.7 5.1 7.1 5.2 3. es decir.3 7.3 9.5 5.9 8.2 7.9 3.4 5.0 6.5 5.5 8.9 5.9 4.1 4.8 6.6 11. Altitud Sobre el Nivel del Mar.6 5.8 13.5 9.5 9.7 8. Por su origen.En pulpas agitadas en estanques. atm ρP densidad de la pulpa. a partir del magma fundido y no se alteraron químicamente después de su génesis. Estos resultados. m kg constante de acuerdo a la ecuación (2. ppm (2.35) (2. Minerales secundarios: Son aquellos producidos como resultado de la alteración de un mineral primario. esta presión está dada por la ecuación (2. debido a que el O 2 disuelto puede estar consumiéndose en forma constante.21 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza 2. sin relación estructural con el mineral que le dio origen (neosintesis).9 Clasificación de los minerales (Wilfredo Vera) Los componentes inorgánicos están constituidos por un número limitado de especies que en su mayoría tiene una estructura definida. esta por la ecuación (2. En la figura 2.5 10 1. es la universalmente aceptada. 2. se tiene un aumento de la presión desde su superficie superior. pero la basada en su composición química. tales como la lixiviación en agitación para disolver el Au y Ag desde sus menas. tienen incidencia en procesos industriales.33). kg/l h altura determinada. puede prácticamente duplicarse.34).16 Variación de la solubilidad máxima de O2 y presión total. se presenta la variación de la solubilidad de O2 y de la presión en función de la altura en un estanque de pulpa. de acuerdo a los datos adjuntos en la gráfica.0 0 2 4 6 8 Profundidad desde la parte superior (h). De acuerdo a la sección anterior.36) 2. atm Sh . que para alcanzar la solubilidad máxima. atm Patm presión atmosférica. Patm 1 atm. 2. m 10 Fig.8. los minerales se pueden clasificar en primarios y secundarios: Minerales primarios: Son aquellos que se formaron a temperaturas elevadas. hay que someter el sistema a aireación u oxigenación constante. pueden clasificarse de diferentes maneras. se observa que la solubilidad máxima a 10 m de altura.5 20 2.0 5 Ph . aunque en algunas de ellas esta vagamente determinada.35). provienen de las rocas ígneas y metamórficas y a veces a través de un ciclo sedimentario. Los minerales.0 1.4 kg/l.34) Sh solubilidad máxima de O2 a una altura determinada. en función de la altura desde la superficie de un estanque.5 0 0.5 Variación de la solubilidad máxima con la altura en pulpas agitadas. ppm 15 0. Se debe aclarar. ya sea por reemplazo parcial de alguno de sus constituyentes (herencia) o por precipitación de los productos de meteorización en un orden nuevo..52 ppm. ρP 1. Las principales divisiones de clasificación son: . Ph = Patm + ρP h/10.33 Sh = kg Ph Donde: Ph presión total a una profundidad determinada. La identificación de los minerales permite explicar razonablemente las propiedades del suelo y su comportamiento.16. la que es función de la profundidad medida (h) y está dada por la ecuación (2. Por lo tanto. por alguna reacción química u otros fenómenos. [O2]o 8. la solubilidad máxima de O 2 que se puede lograr a alguna presión determinada (Ph). 9. que poseen la mayoría de las propiedades de los metales. 2. La blenda tiene estructura similar a la del diamante. que pueden formar series entre sí. la especie puede presentar variedades. con excepción de los gases libres en la atmósfera. similares a los sulfuros. El grupo esta formado por especies. En la naturaleza. Tabla 2.9. En la tabla 2.2 Sulfuros.6.. pues comprenden la mayoría de las menas minerales. tienen enlaces metálicos. y finalmente. La fórmula general de los sulfuros. El orden de enumeración de los distintos minerales. arseniuros y antimoniuros. pero siempre muy raros. los seleniuros. b) semimetales y c) no metales. se subdividen en familias basándose en los tipos químicos. al menos parcialmente. Con ellos se clasifican también.Fe)AsS Marcasita FeS2 Calaverita AuTe2 Pirrotita FeS Niquelina NiAs Argentita Ag2S Silvanita (Au. en donde A representa los elementos metálicos y X el elemento no metálico. En la tabla 2. y como este.7.Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza 22 1 Elementos nativos 6 Carbonatos 2 Sulfuros 7 Nitratos 3 Sulfosales 8 Boratos 4 Óxidos 9 Fosfatos a Simples y multiples 10 Sulfatos b Hidróxidos 11 Tungstatos 12 Silicatos 5 Haluros Estas clases.Ag)Te2 Galena PbS Estannina Cu2FeSnS4 Blenda ZnS Greenockita CdS Molibdenita MoS2 .Los sulfuros constituyen una importante clase de minerales. pero otros. es AmXn.6. pero no es posible hacer grandes generalizaciones respecto a su estructura. Estos elementos pueden dividirse en: a) metales. solamente unos veinte elementos se encuentran en estado nativo. y la familia a su vez. es la de la proporción A:X. Grupo Nombre Metales Semimetales No metales Fórmula Oro Au Plata Ag Cobre Cu Platino Pt Hierro Fe Arsénico As Bismuto Bi Azufre S Diamante C Grafito C 2. tiene enlaces covalentes. telururos.1 Elementos nativas.. a los elementos que se encuentran en la naturaleza al estado de oxidación cero. Los sulfuros pueden ser divididos en reducidos grupos estructurales. Tabla 2.7 Ejemplos de minerales sulfurados Nombre Fórmula Nombre Fórmula Calcosina Cu2S Cinabrio HgS Covelina CuS Rejalgar AsS Calcopirita CuFeS2 Oropimente As2S3 Bornita Cu5FeS4 Arsenopirita FeAsS Cubanita CuFe2S3 Estibina Sb2S3 Idaita Cu3FeS4 Bismutita Bi2S3 Pirita FeS2 Cobaltina (Co.Elementos nativos.Se denominan especies nativas. se presentan los minerales sulfurados de mayor interés. se divide en grupos que presentan una gran similitud cristalográfica y estructural.. se presentan los elementos nativos más importantes. Muchos de los sulfuros tienen enlaces iónicos. F. En las sulfosales los semimetales desempeñan un papel parecido al de los metales en la estructura.. se propuso originalmente para indicar que el mineral era una sal de una serie de oxiácidos. se presentan las sulfosales de mayor interés. Tabla 2. Sin embargo. Los sulfuros son minerales en los que el metal o el semimetal. Los óxidos se clasifican en: óxidos simples.H2O)2Mn5O10 Diaspora HAlO2 Goethita HFeO2 Bauxita Al(OH)3 2.Mn)(Nb. entonces se agrupa con los hidróxidos. Dado que dichos ácidos.9.4 Óxidos. Nombre Halita Fórmula Nombre Fórmula NaCl Fluorita CaF2 CuCl2.8..3Cu(OH)2 . Nombre Fórmula Nombre Fórmula Cu3AsS4 Pirargirita Ag3SbS3 Tennantita Cu12As4S13 Bournonita CuPbSbS3 Enargita Tetraedrita Cu12Sb4S13 Jamesonita FePb4Sb6S14 Proustita Ag3AsS3 2. como AO.9.9 Óxidos más comunes.Ta)2O4 Brucita Mg(OH)2 Manganita MnO(OH) Psilomelano (Ba. en que el oxígeno está combinado con uno o más metales. Si están presentes tanto el metal como el semimetal. Br-. y pueden en cierto sentido. tienen carga débil y se polarizan fácilmente.Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza 23 2.Fe. Los óxidos simples están compuestos de un metal y oxígeno. están combinados directamente al azufre.10 Haluros de mayor interés. suelen ser simplemente hipotéticos. se caracteriza por el predominio de los iones halógenos electronegativos (Cl-.Mn)(Fe. en los cuales el azufre ha sustituido al oxígeno..8 Sulfosales de mayor interés.Los óxidos minerales comprenden aquellos compuestos. En la tabla 2. son de diferentes tipos con diferentes proporciones A:O (relación del metal al oxígeno). A2O. Tipo Nombre Fórmula Cuprita Simple Cu2O Tenorita CuO Cincita ZnO Corindon Al2O3 Hematita Fe2O3 Magnetita Fe3O4 Ilmenita FeTiO3 Rutilo TiO2 Pirolusita MnO2 Casiterita SnO2 Uraninita UO2 Espinela MgAl2O4 Gahnita ZnAl2O4 Franklinita Múltiple (Zn.3 Sulfosal. ser considerados como sulfuros dobles. que son grandes. éste ocupa el lugar del azufre en la estructura. y así actúa como un elemento electronegativo. como en el caso de la arsenopirita.e I-).9. el término sulfosal es útil y se mantiene para indicar cierto número de minerales de azufre diferentes de los sulfuros.La clase química de los haluros. resulta engañoso tratar así de explicar esta clase de minerales. Tabla 2.El término sulfosal.5 Haluros. óxidos múltiples e hidróxidos. Tabla 2. como en la goethita (FeOOH). cuando en alguno de estos compuestos el hidrógeno ocupa el lugar del metal. Los óxidos múltiples tienen dos átomos de metal no equivalentes (A y B).Mn)2O4 Cromita Hidróxidos FeCr2O4 Crisoberilo BeAl2O4 Columnita (Fe. A2O3. Los boratos tienen gran interés para los mineralogistas. Los principales minerales son los siguientes: wolframita ((Fe.13 Fosfatos de mayor interés.Mn)PO4 Escorzalita Al2(OH)2(Fe. el apatito es el único que puede ser considerado como corriente.. Se conocen unos 100 minerales boratos. 2.. pueden sustituirse mutuamente.9 Sulfatos.Cu(OH)2 Ankerita CaFe(CO3)2 2. 2.8H2O) y Colemanita (Ca2B5O11. este ión resulta al ocupar dos electrones capturados de las posiciones vacantes del nivel electrónico exterior o de valencia. son susceptibles de formar grupos aniónicos polimerizados en forma de cadenas.2H2O MgSO4.12 Sulfatos de mayor interés. Nombre Fórmula Nombre Fórmula Calcita CaCO3 Aragonito CaCO3 Magnesita MgCO3 Witherita BaCO3 Siderita FeCO3 Estroncianita SrCO3 Rodocrosita MnCO3 Cerusita Smithsonita ZnCO3 Malaquita Dolomita (Ca. En la naturaleza el carbono se une también con el oxígeno para formar el ión carbonato CO32-.Fe)(PO4)2 Trifilita Li(Fe.10 Tungstatos.OH)(PO4)3 Lazulita Al2(OH)2(Mg. tales como el calcio y plomo. Estos grupos SO 42-. con más fuerza de la que pueda estar posiblemente ligado a cualquier otro ión de la estructura.9..9. hojas y grupos múltiples aislados.5H2O KAl3(OH)6(SO4)2 2. NO3..Mg)(CO3)2 Azurita PbCO3 CuCO3. produciendo grupos fuertemente unidos que no pueden compartir oxígenos. El tungsteno y el molibdeno.5H2O).Cu(OH)2 2CuCO3. hemos visto que el azufre tiene importancia bajo forma de un anión sulfuro divalente de gran tamaño. pero muchos de sus miembros son tan raros. que constituyen el radical monovalente nitrato. Fórmula Nombre Fórmula Apatito Nombre Ca5(F.Al tratar los sulfuros minerales. contiene compuestos de iones divalentes de mayor tamaño.Cl. Nombre Fórmula Nombre Baritina BaSO4 Antlerita Fórmula CuSO4. cada átomo oxígeno esta ligado al del carbono. pertenecen principalmente a dos grupos isoestructurales. pero sólo consideraremos aquí los cuatro más abundantes: kernita (Na2B4O7. que no es necesario mencionarlos.El nitrógeno pentavalente forma con el oxígeno grupos iónicos similares al carbonato. en coordinación 6 con iones tungstato.4H2O).9.6H2O Na3AlF6 2. Tabla 2. El grupo de la wolframita. Tabla 2. radical sulfato en química. 2.. consiste en cationes divalentes bastantes pequeños.7 Nitratos.Cuando el carbono se une con el oxígeno. porque al igual que los aluminofluoruros y los silicatos. Tabla 2.Mn)WO4) y la Scheelita (CaWO4).11 Fosfatos. compartiendo con cada uno de estos dos de sus cuatro electrones de valencia para formar una unidad química estable.11 Carbonatos de mayor interés. en coordinación 8 con iones tungstato y molibdato.Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza 24 Silvina Querargirita Criolita KCl Atacamita AgCl Carnalita MgKCl3. El grupo de la scheelita. El enlace azufre-oxígeno en este grupo iónico. borax (Na2B4O7.8 Boratos.10H2O).y son los grupos dominantes en los minerales nitratos.9.Mg)(PO4)2 . tales como hierro. De la serie de minerales que se citan a continuación.Los minerales de esta clase química.Esta clase mineralógica integrada en su mayor parte por fosfatos. Los nitratos de interés. es muy numerosa. En los minerales se observa solución sólida completa entre el hierro ferroso y el manganeso divalente.2Cu(OH)2 Celestina SrSO4 Yeso Anglesita PbSO4 Epsomita Anhidrita CaSO4 Chalcantita CaSO4. manganeso.9.9.7H2O Alunita CuSO4.6 Carbonatos. magnesio. es muy fuerte y covalente por sus propiedades. son el sódico (NaNO3) y el potásico (KNO3).. tiene una fuerte tendencia a ligar dos átomos de oxígeno. ulexita (NaCaB5O9. níquel y cobalto. son las unidades estructurales fundamentales de los sulfatos minerales. la unión de los tetraedros genera ángulos y finalmente forma una estructura de anillos. calcio. cuyas propiedades dependen de las condiciones químicas y físicas en que fueron originadas. Algunas especies mineralógicas de este grupo son el olivino. En la corteza terrestre de cada 100 átomos más de 60 son de oxígeno. ii Sorosilicatos. como un armazón de iones oxígeno. excepto K.14 Clasificación de los silicatos. Con pocas excepciones.. se refleja generalmente en la naturaleza equidimensional de los cristales.Y. turmalina). a continuación se hace una descripción general de cada tipo de ellos(Wilfredo Vera): i Neosilicatos. lo que da una fórmula general de (SiO3)n2-.H2O Ciclosilicatos Anillos 1:3 Berilo Al2Be3(Si6O18) Inosilicatos Cadenas sencillas 1:3 Enstatita Mg2(Si2O6) Cadenas dobles 4:11 Tremolita Ca2Mg5(OH)2(Si8O22) Hojas 2:5 Talco Mg3(OH)2(Si4O10) Armazones 1:2 Cuarzo SiO2 Filosilicatos Tectosilicatos Debido a la importancia de los silicatos en el procesamiento de los minerales. la fórmula general para los sorosilicatos es (Si.Fe)PO4 Monacita (Ce. No comparten vértices u oxígenos con los tetraedros adyacentes. todos los minerales que forman las rocas ígneas son silicatos. Existen pocas especies mineralógicas de ciclosilicatos. Debido a que los iones aluminio pueden reemplazar parcialmente al silicio en los tetraedros. Anillos formados por cinco o más seis tetraedros no se conocen. sodio y potasio. en estados de coordinación propios de sus radios atómicos. a cada uno de los elementos: hierro. podemos imaginar a la corteza terrestre. Los intersticios de esta red. correspondiendo unos dos átomos más. Al)2O76-.Fe)2SiO4 Sorosilicatos Parejas 2:7 Hemimorfita Zn4(OH)(Si2O7). Los nesosilicatos presentan una estructura atómica notoriamente densa y sus propiedades lo reflejan.5H2O Turquesa CuAl6(OH)8(Mg. más o menos continua de oxígeno-silicio-aluminio.. Fe2+ y Al. sorosilicatos y ciclosilicatos se meteorizan fácilmente. iii Ciclosilicatos. cuyos anillos estén formados por tres y cuatro tetraedros. los minerales que predominan en la corteza terrestre son silicatos y óxidos. granate.. magnesio. calcio. siendo la unión entre ellos a través de cationes divalentes. más de 20 de silicio y de 6 a 7 de aluminio.12 Silicatos.En esta clase los tetraedros forman una estructura de anillo cerrado.Th)PO4 Piromorfita Vivianita Pb5Cl(PO4)3 Wavellita Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza Al3(OH)3(PO4)2. Así. Raramente ocurre una sustitución isomórfica de Al por Si.9.Están constituidos por tetraedros independientes de SiO44-. Son relativamente duros y salvo algunas excepciones. los de seis tetraedros son abundantes (berilo. tienen una densidad mayor que silicatos pertenecientes a otros grupos.y AlO4(OH)27-. Sin embargo. En la naturaleza existen unas pocas especies de sorosilicatos simples.La. es la ausencia de especies con elementos alcalinos en su estructura. Mg. de modo que su presencia en el suelo es limitada. En la estructura de la epidota. Clase Disposición de los Proporción tetraedros de SiO4 Si:O Ejemplos Neosilicatos Independientes 1:4 Oivino (Mg. y éstas constituyen más del 90% de la corteza terrestre. están ocupados por iones magnesio. Así.8H2O 2.En esta clase dos tetraedros de SiO4 se unen compartiendo un oxígeno. Tabla 2. La meteorización de éstos puede entregar al medio casi todos los cationes comunes en el suelo. en vez de formar cadenas rectas. unidos en configuraciones de mayor o menor complejidad por los iones de silicio y aluminio (más pequeños y con elevadas cargas). puesto que son silicatos casi un 25% de los minerales conocidos y cerca del 40% de los minerales corrientes. La ausencia de cadenas y láminas en su estructura. Otra característica notoria de este grupo. sodio y potasio. hierro. zircón. existen además.10-12H2O Fe3(PO4)2. cadenas de AlO69.25 Litiofilita Li(Mn. generando un exceso de carga negativa que es neutralizada fundamentalmente por Ca. no obstante. de modo que en términos generales su fórmula corresponde estrictamente a SiO 4 o a un múltiplo de ella. formando grupos discretos de (Si2O7)6. También pueden ocurrir estructuras que contienen grupos de tetraedros dobles y simples independientes y forman el grupo de la epidota. Todos los nesosilicatos... .2H2O Autunita Ca(UO2)2(PO4)2. Los tetraedros se unen compartiendo dos oxígenos.La clase de los silicatos es más importante que cualquier otra.Fe)(PO4)4. los que se detallan a continuación: Mineralógicamente engloba a un grupo de minerales (minerales de arcilla).. en la cual dos cadenas simples vecinas unen sus tetraedros por medio de enlaces cruzados. se pueden distinguir otros grupos. lo que genera valencias libres que pueden ser neutralizadas por cationes. Al. son frecuentes en suelos no profundamente meteorizados.26 iv Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza Inosilicatos. un clivaje en el plano paralelo a las láminas. que aquella que mantiene unidos a los tetraedros dentro de la cadena. Con frecuencia se identifican con el caolín y son de composición variable. zeolitas y sílice. que exhibe al estar húmedo.10 Arcillas(García Romero) Debido a que las arcillas juegan un papel preponderante en los procesos de lixiviación. Por lo tanto. La unión que existe entre los tetraedros de las cadenas. Estos minerales tienen alto contenido de Mg2+ y Fe2+. propiedades plásticas. la plagioclasa corresponde a la denominación común para feldespatos de sodio y calcio. En edafología y sedimentología frecuentemente se refiere a toda partícula con tamaño menor a 2µ. Petrológicamente la arcilla es una roca sedimentaria. Según esto.. de extensión indefinida. pudiendo ser deformados bajo una presión y son refractarios. Esto genera una capa plana de anillos hexagonales de tetraedros. En términos generales. según sea la sustitución isomórfica y la densidad de la estructura: feldespatos. donde se comparten todos sus vértices. Para los ceramistas arcilla es un material de textura fina. Por ello. En general estos minerales son blandos. es imprescindible conocer la estructura de los filosilicatos para poder comprender sus propiedades. 2. Tanto anfiboles como piroxenos se encuentran normalmente sólo en la fracción arena y limo. elementos alcalinos y alcalinos térreos. por lo que manifiestan claramente. todos los filosilicatos pueden considerarse verdaderas arcillas. Mg. A su vez. Mg. definiéndose una fórmula general (SiO3)2. vi Tectosilicatos. feldespatos.. especies muy frecuentes en los suelos. dedicaremos esta sección a estas especies.). pueden ser considerados partículas arcillosas. por lo que son de carácter secundario. y no en la fracción arcilla. Las fuerzas de unión dentro de las capas son mayores que las existentes entre capas. que en la mayoría de los casos es Ca. feldespatoides. los tetraedros de SiO4 se unen entre si. de modo que el grupo estructural queda definido como (SiO2) n. la proporción. .10. en este sentido se consideran arcillas todas las fracciones con un tamaño de grano inferior a 2 µm. para formar cadenas simples o dobles. es más débil. Sin embargo. El término arcilla se considera y se define de diferentes puntos de vista. mayormente de origen detrítico.Estos minerales se forman por polimerización en dos dimensiones. Los minerales que pertenecen a ambos grupos tienen estructura y propiedades químicas y físicas muy similares. las propiedades de las arcillas son consecuencia de sus características estructurales. etc. cuya unidad estructural es (Si4O10)n4-. los filosilicatos serán tratados separadamente. Dentro de esta clase. Fe). en el medio exógeno se hidrolizan. Las cadenas de piroxenos están lateralmente unidas por cationes (Ca. Fe) formando enlaces muy fuertes.En esta clase.. los inosilicatos y en especial los anfiboles. sino también de tamaño de partícula. que formados a mayores presiones y temperaturas. Na y K.1 Estructura de los filosilicatos. cuando están incluidos en un sedimento arcilloso y sus tamaños no superan las 2 µm. que se ubican en el interior de las cavidades de la estructura.En esta clase los tetraedros se unen entre si. productos finales de la meteorización (descomposición y alteración) de los silicatos.y los de doble cadena (grupo de los anfiboles). las capas se pueden unir entre si. Con respecto a los feldespatos. Las arcillas son constituyentes esenciales de gran parte de los suelos y sedimentos debido a que son en su mayor parte. incluso minerales no pertenecientes al grupo de los filosilicatos (cuarzo. el tetraedro se une al vecino a través de un oxígeno común. la unión entre las cadenas de anfiboles se efectúa a través de planos formados por estos mismos cationes. con características bien definidas. En esta estructura el oxígeno es compartido por dos tetraedros. 2. filosilicatos en su mayor parte. A su vez. Por esta razón. de peso específico bajo y dentro de ellos se incluyen las micas y los minerales de arcilla. estos son minerales formadores de rocas igneas primarias y su cristalización está asociada a la cristalización del magma. si se encuentran dentro de dicho rango de tamaños. Na. definen una fórmula básica (Si4O11)6-. Fe. En los inosilicatos de cadena simple (grupo de piroxenos). uniendo tres vértices de cada tetraedro con los vértices de los vecinos. Algunos tectosilicatos presentan sustitución isomórfica (Si por Al). a través de cationes (Al. incluyendo Si. v Filosilicatos. cuyas propiedades físico-químicas dependen de su estructura y de su tamaño de grano muy fino (<2µ). Ca/Na genera una familia de feldespatos. el término arcilla no sólo tiene connotaciones mineralógicas. formando un armazón tridimensional.Como veremos. Los cationes interlaminares más frecuentes son alcalinos (Na y K) o alcalinotérreos (Mg y Ca). Ni. Si todos los huecos octaédricos están ocupados.17 Dibujo esquemático de la estructura de la moscovita. Una unión similar puede ocurrir en la superficie opuesta de la capa octaédrica. 2:1 o T:O:T. que constituyen la unidad fundamental de los filosilicatos. o bien por tres capas: una octaédrica y dos tetraédricas. Los grupos tetraédricos (SiO) 44-. . 2. algunos Al3+ o Mg2+. por otros de distinta carga.Los filosilicatos se clasifican atendiendo a que sean bilaminares o trilaminares y dioctaédricos o trioctaédricos (Tabla siguiente). o T:O. fierro. Las fuerzas que unen las diferentes unidades estructurales.13). 1:1. El plano de unión entre ambas capas. En algunos filosilicatos (esmectitas. denominándose trilaminares.27 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza Mineralógicamente las arcillas son silicatos pertenecientes al grupo de los filosilicatos (tabla 2.son reemplazados por los oxígenos de los tetraedros (Figura 2. quede un (OH) . pueden estar sustituidos por Fe2+ o Fe3+ y muy raramente por Li. presentan una estructura basada en el apilamiento de planos de iones oxígeno e hidroxilos.10. como sucede en las cloritas. similares a las capas octaédricas.2 Clasificacion. se unen a otras octaédricas de tipo gibsita (Al 2(OH)6) o brucita (Mg3(OH)6). está formado por los oxígenos de los tetraedros que se encontraban sin compartir (oxígenos apicales). debido a las sustituciones de unos cationes. ocasionalmente Al Potasio Oxigenos y Fig. magnesio Silicio. por una lámina más la interlámina es la unidad estructural. los tetraedros se distribuyen formando hexágonos. 2. de cationes (como por ejemplo en el grupo de las micas). cationes hidratados (como en las vermiculitas y esmectitas) o grupos hidroxilo coordinados octaédricamente. El balance de carga se mantiene por la presencia.en el centro de cada hexágono formado por 6 oxígenos apicales. a éstas últimas también se las denomina T:O:T:O o 2:1:1. pertenecen a los filosilicatos grupos de minerales tan importantes como las micas y las arcillas. Estas capas tetraédricas. se denomina dioctaédrica (el Al3+ es el catión octaédrico dominante). Como puede verse. En ellas. en el espacio interlaminar o espacio existente entre dos láminas consecutivas. micas).. Cr.de la capa brucitica o gibsitica. vermiculitas. la lámina se denomina trioctaédrica (Mg 2+ dominante en la capa octaédrica). de forma que en este plano.17). son más débiles que las existentes entre los iones de una misma lámina. los filosilicatos pueden estar formados por dos capas: tetraédrica más octaédrica y se denominan bilaminares. formando capas de extensión infinita y fórmula (Si 2O5)2-. se unen compartiendo tres de sus cuatro oxígenos con otros vecinos. El silicio tetraédrico puede estar en parte sustituido por Al3+ o Fe3+. En estas últimas. Así. Si sólo están ocupadas dos tercios de las posiciones octaédricas y el tercio restante está vacante. Cu o Zn. Cationes intercambiables nH2O Hidroxilos Aluminio. y por grupos (OH). Mn. por ese motivo los filosilicatos tienen una clara dirección de exfoliación paralela a las láminas. A la unidad formada por la unión de una capa octaédrica más una o dos tetraédricas se la denomina lámina. La unidad formada. las láminas no son eléctricamente neutras. El resto de los (OH) . se define como el área de la superficie externa.T:O (2:1:1) FIBROSOS Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza ESMECTITAS X=0 Saponita Hectorita Versiculitas Moscovita Paragonita CLORITAS Paligorskita MICAS FIBROSOS X=0 X=0. con elevada proporción sólido/líquido y son capaces en algunos casos de hincharse.6 X = 0. en los que la interacción sólido-fluido depende directamente de esta propiedad.Es una propiedad fundamental de las esmectitas.4 Superficie específica. Las arcillas poseen una elevada superficie específica. muy importante para ciertos usos industriales. en los espacios interlaminares o en otros espacios interiores de las estructuras.10. Dichas propiedades derivan. expresada en m2/g. pueden interaccionar con diversas sustancias. por lo que tienen comportamiento plástico en mezclas arcilla-agua.15 Clasificación de los filosilicatos.3 Propiedades físico-químicas.Las importantes aplicaciones industriales de este grupo de minerales. radican en sus propiedades físico-químicas.. en especial compuestos polares. Esta propiedad. Es equivalente a la medida del total de cargas negativas del mineral.. se compensa como ya se ha citado. las arcillas presentan por una parte.. A continuación se muestran algunos ejemplos de superficies específicas de arcillas: Caolinita de elevada cristalinidad hasta 15 m2/g Caolinita de baja cristalinidad hasta 50 m2/g Halloisita hasta 60 m2/g Illita hasta 50 m2/g Montmorillonita 80-300 m2/g Sepiolita 100-240 m2/g Paligorskita 100-200 m2/g 2. con el desarrollo de propiedades reológicas en suspensiones acuosas. DIOCTAÉDRICOS TRIOCTAÉDRICOS Caolinita Nacrita CANDITAS SERPENTINA Dickita Antigorita Crisotilo Lizardita Halloisita Bertierina Pirofilita ESMECTITAS TRILAMINARES T:O:T (2:1) CARGA Talco Montmorillonita Beidellita Nontronita Vermiculitas Illitas MICAS T:O. más el área de la superficie interna (en el caso de que esta exista) de las partículas constituyentes por unidad de masa. que dan lugar a la aparición de cargas en las láminas y a la presencia de cationes débilmente ligados en el espacio interlaminar. Por otra parte.5 Capacidad de intercambio catiónico. Como consecuencia de estos factores.La superficie específica o área superficial de una arcilla. que pueden ser intercambiados fácilmente mediante la puesta en contacto de la arcilla con una solución saturada en otros cationes.2-0. Por ello. a esta propiedad se la conoce como capacidad de intercambio catiónico y es también la base de multitud de aplicaciones industriales. se puede definir como la suma de todos los cationes de cambio que un mineral puede adsorber a un determinado pH. y a la vez. principalmente de: Su tamaño de partícula extremadamente pequeño (inferior a 2 µm) Su morfología laminar (filosilicatos) Las sustituciones isomórficas. por otros existentes en las soluciones acuosas envolventes.9 Biotita Flogopita Lepidolita X=1 Paligorskita 2. la existencia de carga en las láminas.10. La capacidad de intercambio catiónico (CEC).9 X=0.10. Estas cargas negativas pueden ser generadas de tres formas diferentes: Sustituciones isomórficas dentro de la estructura Enlaces insaturados en los bordes y superficies externas Disociación de los grupos hidroxilos accesibles. un valor elevado del área superficial. 2. la presencia de una gran cantidad de superficie activa con enlaces no saturados. mide la capacidad de cambiar fácilmente los iones fijados en la superficie exterior de sus cristales.28 BILAMINARES T:O (1:1) Tabla 2.6-0. con la entrada en el espacio interlaminar de cationes débilmente ligados y con estado variable de hidratación. . tienen Ca o Mg como cationes de intercambio. el grado de hidratación sí está ligado a la naturaleza del catión interlaminar y a la carga de la lámina. Aunque hidratación y deshidratación ocurren con independencia del tipo de catión de cambio presente. Cuando el catión interlaminar es el sodio. está directamente relacionada con las características texturales (superficie específica y porosidad) y se puede hablar de dos tipos de procesos que difícilmente se dan de forma aislada: absorción (cuando se trata fundamentalmente de procesos físicos como la retención por capilaridad) y adsorción (cuando existe una interacción de tipo químico entre el adsorbente. ya que pueden absorber agua u otras moléculas en el espacio interlaminar (esmectitas) o en los canales estructurales (sepiolita y paligorskita). La capacidad de absorción. denominado adsorbato). La capacidad de adsorción.. corresponden a bordes cristalinos. aunque se debe aclarar. de la sustancia de que se trate. observándose claramente el efecto de atrapamiento de humedad del caolín.6 Capacidad de absorción. en el sector de los absorbentes. su capacidad de hinchamiento será mucho más reducida.29 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza El primer tipo es conocido como carga permanente y supone un 80 % de la carga neta de la partícula. son propiedades características de las esmectitas.19. que este parámetro no tiene porque ser constante y tiene que ser determinado según las condiciones experimentales respectivas. varían en función del pH y de la actividad iónica.. . químicamente activos y representan el 20% de la carga total de la lámina.10. La absorción de agua.7 Hidratación e hinchamiento. A medida que se intercalan capas de agua y la separación entre las láminas aumenta. y el líquido o gas adsorbido. En la figura 2. pudiendo llegar a producirse la completa disociación de cristales individuales de esmectita. y cuya importancia es crucial en los diferentes usos industriales.10. las esmectitas tienen una gran capacidad de hinchamiento. lo que contribuye a que el proceso de hinchamiento pueda llegar a disociar completamente unas láminas de otras. A continuación se muestran algunos ejemplos de capacidad de intercambio catiónico (en meq/100 g) a pH 7.Algunas arcillas encuentran su principal campo de aplicación. se expresa en porcentaje de absorbato con respecto a la masa y depende para una misma arcilla. La absorción de agua de arcillas absorbentes es mayor del 100% con respecto al peso.18).La hidratación y deshidratación del espacio interlaminar. Los dos últimos tipos de origen. Si por el contrario. en el espacio interlaminar. además es independiente de las condiciones de pH y actividad iónica del medio. tiene como consecuencia la separación de las láminas dando lugar al hinchamiento (figura 2. teniendo como resultado un alto grado de dispersión y un máximo desarrollo de propiedades coloidales. 2. Este proceso depende del balance entre la atracción electrostática catión-lámina y la energía de hidratación del catión. se muestra el % de humedad retenida de una muestra al aumentar la proporción de caolín. en este caso la arcilla. las fuerzas que predominan son de repulsión electrostática entre láminas. Caolinita: Atapulgita: Halloisita: Illita: Clorita: Vermiculita: Montmorillonita: Sepiolita-paligorskita: 3-15 0-30 10-40 10-50 10-50 100-200 80-200 20-35 2. en torno a su límite plástico.30 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza Fig. 2. 2.En función de la estructura de las capas.10 Grupos de minerales de la arcilla.La tixotropía.9 Tixotropía.19 Variación de la retención de la humedad en función del % de caolin(Arcillas).. En general. Si a continuación se las deja en reposo. tamaño de partícula extremadamente pequeño (elevada área superficial) y alta capacidad de hinchamiento.. comportamiento. La elevada plasticidad de las arcillas. de su morfología laminar. ofrece una gran información sobre la composición granulométrica. 2. cuanto más pequeñas son las partículas y más imperfecta su estructura. que facilita el deslizamiento de unas partículas sobre otras cuando se ejerce un esfuerzo sobre ellas. así como el comportamiento sólido. Por el contrario. % 60 50 40 30 20 10 0 0 20 40 60 caolín. Esta propiedad se debe a que el agua forma una envoltura sobre las partículas laminares.Las arcillas son eminentemente plásticas.10. deberá poseer un contenido en agua próximo a su límite líquido. 2.. se define como el fenómeno consistente en la pérdida de resistencia de un coloide. las sustituciones iónicas y los elementos presentes en el espacio interlaminar. cuando son amasadas se convierten en un verdadero líquido.10. es consecuencia nuevamente. retención de humedad. no existe posibilidad de comportamiento tixotrópico.10. Para que una arcilla tixotrópica.18 Esquematización de la absroción del agua en la estructura de la arcilla.8 Plasticidad. al amasarlo. Las arcillas tixotrópicas. produciendo un efecto lubricante. se distinguen varios grupos de minerales de la arcilla: . recuperan la cohesión. naturaleza y calidad de la arcilla. % 80 100 Fig. y su posterior recuperación con el tiempo. 2. muestre este comportamiento especial. más plástico es el material. La relación existente entre el límite líquido y el índice de plasticidad. dickita.20).+ Al2Si2O5(OH)4 + 4H2SiO4 3) Hidrólisis de la ortoclasa (feldespato potásico): 2KAlSi3O8 + 2H2CO3 + 9H2O → 2K+ + 2HCO3. por ser minerales característicos del mismo. controla fuertemente el proceso formador de arcillas a partir de los silicatos (figura 2. tejas y baldosas. Se caracterizan por sufrir vitrificación temprana durante el proceso de cocción. v Grupo de los minerales fibrosos (sepiolita y paligorskita): son arcillas con un contenido en dichos minerales superior al 50%. la topografía. especialmente de agua. facilitando la dilatación o hinchamiento de las arcillas. A continuación se muestran tres ejemplos de formación de caolinita. En el siguiente cuadro se muestran. induciendo la formación de minerales del grupo de la arcilla. o como procesos exógenos (bajo condiciones atmosféricas). Se usan como materia prima para fabricar piezas de cerámica estructural (ladrillos.11 Proceso de formación. Así. la existencia de actividad geotérmica y los procesos de diagénesis.10. la existencia de actividad biológica y el periodo de tiempo durante el cual estos factores operen. Ámbos mecanismos están condicionados por la influencia del clima. e incluso a un residuo final de gibbsita. Esta característica. nacrita y haloisita. constituyendo la base de las pastas de cocción blanca. Por el contrario. tejas y bloques). por lo que las esmectitas no son aconsejables como materia prima para cerámica. e incluye la disgregación física de la roca madre y la descomposición química de sus minerales. por riesgo de agrietamiento de las piezas. a través de los parámetros de humedad y temperatura. . La génesis de las arcillas es un proceso clave en la formación de suelos. Se producen debido a que el CO2 disuelto en el agua de lluvia o de los ríos forma ácido carbónico. distintos tipos de suelos arcillosos que se originarían en diferentes climas. una vez que las rocas por erosión se encuentran en la superficie o su proximidad. Estas reacciones pueden desarrollarse en el medio hidrotermal (durante la formación de un depósito mineral). ocasiona problemas durante el secado. Al2Si2O5(OH)4: 1) Hidrólisis de anortita (plagioclasa cálcica): CaAl2Si2O8 + 2H2CO3 + H2O → Ca2+ + 2HCO3. en climas áridos la arcilla predominante resulta ser del tipo illita-esmectita. pero con un mayor contenido en agua y con menos potasio. Son los minerales con mayor contenido en alúmina y se caracterizan por su elevada refractariedad. y a la presencia de cationes en el espacio interlaminar. que reacciona con los feldespatos. Al(OH) 3. iv Grupo de la clorita: Está formado por filosilicatos de aluminio y magnesio hidratados con cierto porcentaje de hierro. Está determinada por la naturaleza de la roca madre. lo que les confiere un color verdoso.+ Al2Si2O5(OH)4 2) Hidrólisis de la albita (plagioclasa sódica): 2NaAlSi3O8 + 2H2CO3 + 9H2O → 2Na+ + 2HCO3.31 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza i Grupo de la caolinita: Incluye caolinita. los procesos formadores de arcillas son extraordinariamente complejos. la vegetación. sustituido en parte por calcio y magnesio. Tienen hábito fibroso con una enorme área superficial debida tanto al pequeño tamaño de partícula como la porosidad que presenta su estructura. a pesar de mejorar su plasticidad. Está íntimamente ligada a reacciones de hidrólisis de rocas que contengan en su composición silicio y aluminio. 2. ii Grupo de las esmectitas (o montmorillonita): Abarca minerales de la arcilla de composición muy variada debido a la elevada capacidad de intercambo catiónico. los parámetros climáticos (principalmente temperatura y pluviosidad). de manera simplificada. el clima. Debido a la influencia del clima y de la composición de la roca madre..Las arcillas pueden originarse por neoformación o por transformación de otros minerales ya existentes. en condiciones de humedad y calor la hidrólisis dará lugar a arcillas caoliníticas. La formación de arcillas por efecto del clima en las rocas y los suelos es el principal proceso de formación de arcillas en la superficie terrestre. El amplio espacio existente entre las capas favorece la entrada de líquidos. lo que provoca frecuentes sustituciones de iones en su estructura. Son un constituyente común de las pastas empleadas en fabricación de ladrillos. iii Grupo de la ilita: agrupa minerales de estructura similar a las micas.+ Al2Si2O5(OH)4 + 4H2SiO4 Como se ha mencionado anteriormente. la separación y concentración de minerales de interés industrial se produce de forma natural. El depósito se produce por el proceso físico-químico de floculación. con lo que su densidad es muy superior a la del resto. Otra vía posible de formación de arcillas es el transporte y posterior sedimentación de las partículas originadas tras la erosión de la roca madre por alguno de los mecanismos anteriormente mencionados. que se depositan de manera conjunta en yacimientos de tipo placer. Se explotan en superficie. lo que hace que puedan seguir siendo trasladadas incluso mediante aguas no agitadas. lo que abarata muy considerablemente su aprovechamiento minero. En ellos. En el primer caso se origina la matriz de las rocas detríticas. por la destrucción de algunos de sus componentes minerales.32 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza Figura 2. mientras que en el segundo se da origen a las rocas arcillosas (lutitas. pasan a sufrir el proceso de transporte. la componente intergranular fina. Esto condiciona que se concentren en puntos concretos del curso fluvial o de una playa. mediante arranque y carga directos. es decir. En función de factores climáticos y meteorológicos. por ser resistentes a la meteorización existente en esa área y momento geológico.20. Los minerales de interés suelen ser metálicos. estas tienden a depositarse. la meteorización hace que la roca se desgrane. de los conglomerados y arenas o areniscas. que puede tener lugar de forma conjunta y simultánea al depósito de las partículas mayores. Los que no se destruyen. Tipos y espesores característicos de suelos formados en las distintas zonas climáticas. lo que se conoce como sedimentación detrítica. La concentración de los minerales tiene lugar como consecuencia de su diferencia de densidad respecto al resto de minerales arrastrados por el medio de transporte. arcillosa. La separación de la fase mineral de interés económico tiene lugar como consecuencia de la meteorización diferencial de los minerales que forman la roca. Los minerales de la arcilla. en zonas más tranquilas. de sistemas fluviales o de playas. A menudo. son arrastrados por el agua o el viento. . pelitas). Según el tiempo transcurrido desde su formación. estos sedimentos arcillosos contienen minerales de interés minero. existen dos tipos de yacimientos: Placeres en sedimentos recientes. cuando el medio de transporte deja de arrastrarlos antes que al resto. o con posterioridad. es decir. por su pequeño tamaño. son transportados en forma de suspensión coloidal. Cuando un medio que transporta partículas pierde energía. Suelen presentar generalmente una diferencia gradual en sus características minerales. más cerca de la roca madre. Arcilla Tipo de lámina Caolinita Pirofilita Montmorillonita Moscovita Illita Vermiculita Talco Biotita Cloritas Esmectita Serpentina Bentonita 1:1 2:1 2:1 2:1 2:1 2:1 2:1 2:1 2:1:1 Superficie especifica m2/g 15 – 50(1) 80(2) 80-300(1) CEC meq/(100 g) 3-5(1) Hasta 50(1) 10-50(1) 100 -200(1) 80 . la arcilla de bola. además. El yacimiento donde se encuentran está muy próximo a la roca madre de la que proceden. Aparecen en ambientes de sedimentación muy diferentes: aluviales. Arcillas de sedimentación o secundarias: se forman por sedimentación de arcillas primarias que han sufrido un transporte por fuerzas físicas o químicas. Necesitan una minería de mayor coste. es decir. ya que durante el transporte van recogiendo impurezas que les proporcionan un color más oscuro. En función de la época geológica a la que pertenezcan muestran diversos grados de dureza. la arcilla refractaria. el barro de superficie y el gres. El caolín es la única arcilla primaria conocida. Su composición. desde las arcilla blandas típicas de aluviones hasta las esquistosas que deben extraerse con explosivos. ya sea a cielo abierto o subterránea. no han sufrido transporte alguno lo cual les otorga mayor pureza. estuarinos. El arrastre hace que el tamaño de grano sea menor.33 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza Paleoplaceres: rocas sedimentarias de origen fluvial o costero que pueden contener concentraciones detríticas del mineral o minerales de interés minero. varía mucho en el seno de su masa. las clases más finas y puras se encuentran en superficie. por lo que no guardan relación con la roca sobre la que se encuentran. y en profundidad. lacustres o marinos. Las arcillas de sedimentación son las más comunes y de composición más compleja. Se encuentran entre ellas el caolín secundario. aparecen mezcladas con partículas más o menos gruesas de rocas no descompuestas.200(1) 10-50(1) 1:1 120 Hinchamiento % . por lo que son de color más claro tanto en crudo como tras cocción. En general poseen menos óxido de hierro y residuos orgánicos. glaciares. debido a las distintas condiciones en que hayan sedimentado. También presentan un mayor contenido en materia orgánica que hace que despidan un olor característico cuando se humedecen. Según el proceso geológico que las origine y a la ubicación del yacimiento en el que se encuentren se puede reconocer dos tipos de arcilla: Arcillas residuales o primarias: son el residuo insoluble que queda al descomponerse las rocas formadas por silicatos de aluminio y minerales feldespáticos. por eso son más plásticas. o también conocidos con el nombre de diagramas de Eh-pH.Zn2+. se deben seguirn los siguientes pasos en forma progresiva: i) escribir las especie con menor carga. una de las variables es el pH. iii) balancear las moléculas de hidrogeno.para el balance de las reacciones de hidrólisis. la concentración de las especies y la temperatura. se considera de valor unitario la actividad del agua. una determinada reacción. 3. respectivamente. Como ejemplo. si ocurre o no. son el pH. oxidación y reducción. A continuación se detallan los diagramas más importantes que se usan en el área de la hidrometalurgia: diagrama de Pourbaix (diagramas Eh-pH) diagrama de distribución de especies diagrama de precipitación diagrama de solubilidad A continuación se analizarán los dos primeros casos. ii) balancear las moléculas de oxigeno. por considerarlos los más importantes en el campo de la lixiviación. no pueden ser representados en este tipo de diagramas. el potencial redox de la solución. Para la construcción de los diagramas de Pourbaix..2) En la reacción. con iones H+. también existen otras especies. se pueden representar zonas de estabilidad o inestabilidad de los diversos compuestos o especies consideradas. los compuestos A y B pueden estar en estados sólidos o en estado acuoso. por convección se escribirá la reacción de tal manera que la especie A sea más negativa que B. las ecuaciones de equilibrio se deben balancear con iones H+ y se representa por la siguiente ecuación general: aA + cH+ = bB + dH2O K Bb Aa H c (3. Se considera especie estable. es unitaria por ser el solvente las actividades de las especies. además. Como en estos diagramas. c y d representan los coeficientes estequiométricos. Balance de las ecuaciones. con moléculas de H2O. donde los ejes de la ordenada y abscisa representan el potencial E (con respecto al ESH. ya que no existe oxidación no reducción. la que existe en mayor proporción molar para una determinada condición. En estos diagramas. b. pero en menor (tal vez despreciables) proporción. también permiten describir teóricamente reacciones de hidrólisis. se considera cero la actividad de los especies sólidas.En este tipo de reacciones. ni tampoco interviene el ión H+. esto debido. Otros puntos que deben ser considerados.. existen diversos tipos de diagramas termodinámicos. Reacciones como la (3. Esto se consigue con los diagramas de Pourbaix. los que ayudan a analizar el comportamiento de sistema. la presión y la actividad de las especies son constantes.1) Estos diagramas.34 III. Eh) y el pH. . CuCO3 = CuO + CO2 (3. a que es la cinética la que al final determinará. La única condición es que A y B se encuentren al mismo estado de oxidación. se debe tratar de reunir estas variables en forma esquemática para poder analizar el sistema.1). a la izquierda de la reacción y la de mayor a la derecha. son los siguientes: el potencial químico (energía libre) del electrón.1. a. es decir. los pasos anteriores se aplican al equilibrio Zn(OH)2 . no existe intercambio de electrones y surgen cuando hay cambios de pH. se considera que la temperatura. la formación de complejos. por lo tanto. son puramente termodinámicos y solo predicen las tendencias a que ocurran los fenómenos. Estos diagramas.1 Diagrama de Pourbaix Los parámetros termodinámicos fundamentales en medio acuoso. Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza DIAGRAMAS PRÁCTICOS EN LIXIVIACIÓN En hidrometalurgia. son iguales a sus concentraciones (condición que se cumple en soluciones diluidas) 3.1 Reacciones de hidrólisis pura. ya sea como especies neutras o como iones. una especie puede sufrir hidrólisis y transformarse a otra especie más negativa.8).303RT (3.Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza 35 Zn(OH)2 = Zn2+ Zn(OH)2 = Zn2+ + 2H2O Zn(OH)2 + 2H+ = Zn2+ + 2H2O i) ii) iii) (3. R = 0. (1.35510) .6) se tiene: i °i = (-2x56690 .+ H+ (3.+ H+ = HZnO2- K = [Zn2+/[H+2 K = 1/ ([H+[HZnO2-) K = [HZnO2-/([H+ [ZnO2-) (3.16). (3. la constante de equilibrio de la reacción a la temperatura T.5) A continuación se muestran reacciones con sus respectivas constantes de equilibrio: Zn(OH)2 + 2H+ = Zn2+ + 2H2O HZnO2.303RT log(ai) donde: °i potencial químico estandard de la especie i. está dado por la siguiente relación: i = °i + 2.12) por lo tanto: R = {i (°i + 2. para la construcción de los diagramas se considera que la actividad de las especies son iguales a su concentración molar.13) en el equilibrio se tiene.303RT log ai )} = i°i + 2.132360) = -16530 .303RT log ∏ai i (3.(2x0 .18) Conforme se va aumentando el pH de un sistema. que aparecen en diferentes tablas termodinámicas. °K ai actividad de la especie i. la especie más positiva estará ubicada a la izquierda de un diagrama y la especie más negativa a la derecha del diagrama.15) en esta última ecuación. respectivamente.De la termodinámica. si se comparan 2 especies según una reacción de hidrólisis pura.i °i / 1363.1.10) 3.17) y para una temperatura de 25°C (298°K) se tiene: i log K = log ∏ai = . dada por la ecuación (3. representan el potencial químico y el coeficiente estequiométrico de la especie i. luego: {i °i) = .16) siendo K. Como se dijo anteriormente. El valor de i.6).3) (3. cal/mol R constante de los gases ideales.8) las siguientes reacciones se consideran mal escritas: Zn(OH)2 = Zn2+ + 2(OH)HAsO42. para lo cual se considera los valores de energía libre standard. a) Para la reacción (3. luego la última ecuación se expresa como: log K i o i 2..303RT (i log ai ) i o i 2.9) (3.35 (3. se tiene que el miembro de la derecha es el logaritmo de la constate de reacción. mol/lt (3.985 cal/ºK mol) T temperatura absoluta. A continuación. si la especie se encuentra a la derecha o a la izquierda de la reacción. se representa por R y está dada por: R = i i (3. se analizan el valor del pH de equilibrio para las reacciones (3.2. respectivamente. por lo tanto.4) (3. se tiene que el cambio de energía libre total de la reacción (3.303RT ilog ai (3.11) donde i y i.14) ¨ (3. será positivo o negativo.+ H+ = Zn(OH)2 ZnO22.= AsO43.1).2 Análisis termodinámico para reacciones de hidrólisis.6) (3.7) (3. El potencial químico de una especie. luego se tiene que: log K = (i log[ i) (3.7) y (3. 51. Zn(OH)2 HZnO2 - pH=12.5 log[Zn2+ De la última relación.56 y la zona de estabilidad del Zn2+ se da para valores de pH<5. por que estas se consideran iguales. por lo tanto la especie HZnO2.91840) = -17580 log ([HZnO2-/([H+[ZnO2-)) = 12.es estable. no depende de sus concentraciones.5 M. como se observa en la gráfica.82 + log[HZnO2- pH = 16. consideremos [HZnO2-=10-4 M.log [H+ = 16.no es estable para las condiciones dadas.56 b) Para la reacción (3.0.56.0.109420) = -22940 log (1/([H+[HZnO2-)) = 16.12 .12 log ([Zn2+/[H+2) = 12. por ejemplo. reemplazando en la última ecuación se tiene pH=5.82 c) Para la reacción (3. .132360 ) .82. depende de la concentración de esta última.12 -2 log [H+ + log[Zn2+ = 12.89.(0 .82 + log[HZnO2- De la última relación. la especie HZnO2.89 + log([ZnO2-/[HZnO2-) De la última relación. depende de la concentración del Zn2+.35 = 12.Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza 36 log K = 16530/1363. si consideramos [HZnO2-=0. Ahora.82 . se observa que el pH de equilibrio entre las especies ZnO2--HZnO2-.log [H+ pH = 6. por lo tanto.(0 . Zn2+ Zn(OH)2 pH=5.89 Del análisis anterior.5log[Zn2+ pero: pH = .5 M. reemplazando se tiene que pH=12. se observa que el pH de equilibrio del par HZnO 2--Zn(OH)2. reemplazando se tiene que pH=16. el equilibrio se encuentra a pH=12.7) se tiene: i °i = (.06 . por ejemplo.8) se tiene: i °i = ( -109420) .log [H+ = 6. depende de la relación de sus concentraciones-. Pero el pH de equilibrio entre dos especies disueltas.89 pH = 12. se puede decir que el pH de equilibrio entre una especie sólida y una especie iónica. se observa que el pH de equilibrio del par Zn 2+-Zn(OH)2.06 . para valores de pH>12.82. se consideran iguales. este valor en la práctica no se alcanza. las cuales para la construcción del diagrama de Pourbaix. si consideramos [Zn2+=0. depende de la concentración de la especie HZnO2-. como se observa gráficamente a continuación: HZnO2 - ZnO2 2- pH=12. 30) 3.. el valor de Eº viene dado por: Eº = . (3. respectivamente de la semireacción. V numero de electrones que intervienen en la semireacción constante de Faraday. dada por la ecuación (3.1.34) En el diagrama de Pourbaix.4 Análisis termodinámico para reacciones redox. Aquí los electrones deben estar ubicados a la izquierda.= Cu2O + 3H2O iv) 2CuO22. A continuación.25) (3.Por convención.1. Los pasos anteriores. a) Para la semireacción (Zn2+ + 2e = Zn) se tiene: .= cRed + dH2O K = [Redb / [Oxa[H+c (3.0591.29).28) (3.29) la siguiente semireacción se considera mal escrita.25).22) (3. con sus respectivas constantes de equilibrio: Zn2+ + 2e = Zn Fe3+ + e = Fe2+ 2CuO + 2H+ + 2e = Cu2O + H2O 2Cu2+ + H2O + 2e = Cu2O + 2H+ 2CuO22. V potencial electroquímico standard de la semireacción.= Cu2O iii) 2CuO22.28) y (3.+ 6H+ + 2e = Cu2O + 3H2O (3. (3.27).33) a 25ºC (298º) el valor de RT/F es de 0. las especies adquieren mayor estado de oxidación.20) (3.26). si fuera lo contrario. como existe transferencia de electrones. para lo cual se considera los valores de energía libre standard de las distintas especies en la ecuación dadas al final de esta guía.. las reacciones se escribirán en forma de reducción. 23060 cal/V constante de equilibrio.18) De acuerdo a la termodinámica.(i °i) / 23060n (3. se aplican al equilibrio CuO22--Cu2O i) CuO22.= Cu2O ii) 2CuO22.21) (3. debido a que está escrita como oxidación: Fe = Fe2+ + 2e (3.31) potencial electroquímico de la semireacción.0591 logK n (3.32) (3.27) (3.26) (3. balancear las moléculas que no sean oxigeno ni hidrogeno balancear las moléculas de oxigeno con moléculas de H2O balancear las moléculas de hidrogeno con iones H+ balancear la carga entre los productos y reactantes con electrones.3 Reacciones electroquímicas de reducción. el cual está dado por la ecuación de Nerst según la siguiente relación: E Eo donde: Eh Eh° n Far K RT lnK nF ó E Eo 2.(i °i) / nF es decir: E° = . como se muestra en forma generalizada a continuación: aOx + bH+ + ne. por lo tanto se tendrá: E Eo 0.19) Balance de las ecuaciones. se analizan los equilibrios para las reacciones (3.23) (3.En este caso.para el balance de las semireacciones de reducción se seguirá los siguientes pasos: i) ii) iii) iv) v) escribir las especies oxidada (Ox) y reducida (Red) a la izquierda y la derecha.24) A continuación. existirá un potencial (E). se muestran reacciones de reducción. (3. a medida que se incrementa el valor de E..37 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza 3.+ 6H+ + 2e = Cu2O + 3H2O K = 1/[Zn2+ K = [Fe2+ / [Fe3+ K = 1/[H+2 K = [H+2/[Cu2+2 K = 1/ ([H+6[CuO22-2) (3.+ 6H+ = Cu2O + 3H2O v) 2CuO22.303RT logK nF (3. invertir el sentido de la semireacción. 762 .059log([Fe2+/[Fe3+) En este caso.77 V.64 .( . Por ejemplo.0.5mol E= -0. lo cual indica. depende de la concentración del ión Zn2+.0. el potencial de la semireacción.64V CuO Cu2 O pH d) 2+ + Para la reacción (2Cu + H2O + 2e = Cu2O + 2H ) se tiene: .1120 ) = -17740 Eº = 35150/23060 = 0.( . que el valor del potencial es constante para todo pH y se representa por una línea horizontal del siguiente modo: Zn2+ E =-0.0.76 V E = 0.76V como se muestra a continuación: Fe3+ E =0.059 pH como se observa.76 .0. el potencial de la semireacción. el equilibrio se encuentra a E=0.0.0. depende únicamente del pH del sistema y esta representado por una recta en un diagrama de Eh-pH. es decir.762 V E = -0.059 log(1/[H+) E = 0.2x31000 + 2x0) = -29679 Eº = 29679/2x23060 = 0.059/2 log(1/[Zn2+) E = -0.64 .64 .64 V E = 0.76V Fe2+ pH c) Para la reacción (2CuO + 2H+ + 2e = Cu2O + H2O) se tiene: i °i = ( -34980 .Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza 38 i °i = ( 0 ) .762 + 0. depende de la concentración de ambas especies. tal como se muestra a continuación: E =0.56690 ) .35150) = 35150 Eº = -35150/2x23060 = .( . los que se consideran iguales en la construcción de estos diagramas. para [Zn2+=0.059/2 log(1/[H+2) E = 0. el potencial de equilibrio de las especies CuO-Cu2O.77 V Zno pH b) Para la semireacción (Fe3+ + e = Fe2+) se tiene: i °i = ( -18860 ) .029 log[Zn2+ En este caso. por lo tanto.1. este se va complicando.20 + 0.059log[CuO22-) + 0.177 log[H+ E = ( 2.5 Construcción del diagrama de Eh-pH (diagrama de Pourbaix).54 V E = 2.362 . 3.059 log[H+ E = ( 0.059/2 log(1/ ([H+6[CuO22-2)) E = ( 2. la pendiente de la recta de equilibrio es negativa (-) y viceversa.36V CuO2 2+ Cu2 O pH De estas gráficas se observa que: cuando el ión hidrogeno se encuentra a la izquierda de la semireacción.0.20 V E = 0. a medida que se van aumentando el número de especies ha considerar para un sistema dado y se complica aún más. el potencial de equilibrio de las especies CuO22--Cu2O.56690 ) = -9590 Eº = 9590/2x23060 = 0.54 + 0.Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza 39 i °i = ( -34980 + 2x0 ) .059 pH que representada en los ejes Eh-ph. son rectas horizontales el equilibrio entre sólidos depende únicamente del pH. el potencial de equilibrio. se tiene: Cu2+ Cu2 O E =0. dependerá solamente del pH y podrá representarse gráficamente.0.( -2x43880 + 6x0 ) = -117290 Eº = 117290/2x23060 = 2.177 pH para este caso. por lo tanto.54 .02V pH e) Para la reacción (2CuO22. se tendrá la siguiente ecuación con su respectiva representación: E = 2.. los que son muy importantes para el análisis del comportamiento acuoso de minerales sulfurados.059log[Cu2+) + 0.3x56690 ) .059/2 log([H+2/[Cu2+2) E = ( 0.059log[CuO22-) .059log[Cu2+) .0.0.( 2x15650 . como por ejemplo.0.059 pH en este caso. depende del pH y de la concentración del ión Cu2+ del sistema. si fijamos un valor para [Cu2+.54 + 0. donde no interviene el ión H+. el potencial de equilibrio de las especies Cu2+-Cu2O. es decir. el potencial de equilibrio dependerá solamente del pH y podrá representarse gráficamente. .20 + 0. en los diagramas de metales con azufre (Me-S-H2O). cuando interviene más de un elemento.023 + 0. por ejemplo para [CuO22-=10-3M. por ejemplo para [Cu2+=10-3M. depende del pH y de la concentración del ión CuO22-.+ 6H+ + 2e = Cu2O + 3H2O) se tiene: i °i = ( -34980 .La construcción de un diagrama de Eh-pH.177 pH E =2. si fijamos un valor para [CuO22-. se tiene la siguiente ecuación: E = 0. requiere de cierta destreza. las semireacciones de reducción pura.20 . 0. 3.0 .0. el cual existe.3 Fijar la concentración. se irán descartando especies.1 Definir los compuestos a considerar para un sistema dado.0591pH . Un ejemplo típico.3 reacciones y diagrama: a)O2(g) + 4H+ + 4e = 2H2O b) 2H+ + 2e = H2(g) E = 1.0. con sus respectivas ecuaciones de equilibrio.0147 log PO2 E = 0.1. empezar a balancear las semireacciones. tal como se muestra a continuación: Eh especies con estado de oxidación más alto especies con estado de oxidación más bajo especies cationicas especies neutras especies anionicas pH 3. que las rectas que representan los equilibrios entre 3 especies. pero en forma despreciable.6 Estabilidad del H2O 3. tal como se verá más adelante.1.6. esto se puede demostrar.1.5.22 . En la construcción.0591pH + 0.5. las cuales no posean región de estabilidad.1. ir construyendo los equilibrios con las especies de mayor estado de oxidación. Para la construcción de los diagramas se deben seguir los siguientes pasos: 3. tampoco es objetivo la construcción diagramas ternarios.0591pH b) E = 0. aquí uno puede eliminar especies que se sabe son inestables.6. aunque no es el objetivo de esta guía. 3.0591pH . además.1.0. Luego.1 Especies a considerar: H2O.6. con las que se va a trabajar. su existencia es despreciable o no se conoce su energía libre de formación. H2 3. la temperatura y la presión (1atm). Conforme se van formando las regiones de estabilidad. es el ión Cu+.1. siempre se cortan en un punto.Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza 40 Se debe indicar.2 bosquejo del diagrama Eh O2 H2 O H2 pH 3.0 . O2.2 Hacer un bosquejo de la distribución de las especies en el diagrama Eh-pH.0295 log PH2 Para P(H2) = P(O2) = 1atm estas ecuaciones se simplifican a: a)E = 1. desde la especie de menor estado de oxidación.5.22 .1.0. Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza 41 Estas ecuaciones se muestran en la figura 3.1, se observa que el área entre las rectas, es el área de estabilidad del H2O y si el agua es sometida a altos potenciales, esta se oxida formando O 2; y si se aplica potenciales bajos, esta se reduce a H2. Debe aclararse, que estos límites son puramente termodinámicos, y en la práctica, el agua puede existir por largos periodos de tiempo a potenciales mayores y menores que los límites indicados 1.4 O2 1 Eh, V 0.6 0.2 H2O -0.2 -0.6 H2 -1 0 2 4 6 pH 8 10 12 14 Fig. 3.1 Diagrama Eh-pH del agua, para 25ºC y P=1 atm. 3.1.7 Construcción del diagrama Fe-H2O 3.1.7.1 Especies a considerar: Fe, Fe2+, Fe(OH)2, FeO22-, Fe3+, Fe(OH)3, 3.1.7.2 Bosquejo del diagrama: Eh Fe Fe 3+ 2+ Fe(OH)3 Fe(OH)2 2- FeO2 Fe pH 3.1.7.3 Construcción del diagrama, para una concentración de especies de 0.1M y 25°C a) Equilibrio del Fe ° con especies de ferrosas Fe2+ + 2e = Feº Fe(OH)2 + 2H+ + 2e = Feº + 2H2O FeO22- + 4H+ + 2e = Feº + 2H2O E = -0.40 + 0.0295 log[Fe2+ E = -0.06 - 0.0591 Ph E=0.92+0.029 log[FeO22--0.118pH Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza 42 1 FeO2 0.6 2- Eh, V 0.2 Fe(OH) 2 -0.2 2+ Fe -0.6 Fe -1 0 2 4 6 pH 8 10 12 14 En la gráfica anterior, se presentan las rectas de equilibrio de las tres semireacciones para todo el rango de pH. Se observa que la recta para el equilibrio Fe-FeO22-, se encuentra por encima de las rectas de los equilibrios Fe-Fe2+ y Fe-Fe(OH)2 en todo el rango de pH, por lo tanto, la especie FeO22- no tiene rango de estabilidad y ya no será considerado en adelante. Además, el equilibrio Fe-Fe2+ es estable hasta un pH=6.34 y se encuentra con línea continua, después de este pH prevalece el equilibrio Fe-Fe(OH)2, el cual también se encuentra con línea continua. b) Equilibrio entre las especies ferrosas Fe(OH)2 + 2H+ = Fe2+ + 2H2O pH = 5.84 - 0.5 log[Fe2+ Para [Fe2+=0.1M, el equilibrio se da para pH=6.34, que es el valor de pH para la intersección entre los equilibrios Fe-Fe2+ y Fe-Fe(OH)2 del paso anterior, esto nos indica, que estamos operando en forma correcta. Además, debe indicarse que el equilibrio Fe2+-Fe(OH)2 es la parte de la línea continua. 1 0.6 Eh, V 0.2 Fe(OH) 2 2+ -0.2 Fe -0.6 Fe -1 0 c) 2 4 6 pH 8 10 12 Equilibrio de las especies férricas Fe(OH)3 + 3H+ = Fe3+ + 3H2O pH = 1.15 - 0.33 log[Fe3+ 14 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza 43 1 0.6 3+ Fe(OH) 3 Fe Eh, V 0.2 Fe(OH) 2 2+ -0.2 Fe -0.6 Fe -1 0 2 4 6 pH 8 10 12 14 de la gráfica se observa, que el equilibrio ocurre a pH ácido. Luego, los siguientes equilibrios a analizar deben de ser: Fe3+-Fe2+, Fe(OH)3-Fe2+ y Fe(OH)3-Fe(OH)2. d) Equilibrio entre especies ferrosas y férricas Fe3+ + e = Fe2+, E = 0.76 1.4 Fe(OH3 ) Fe3+ 1 0.6 0.2 Fe2+ -0.2 -0.6 Fe(OH2 ) Fe º -1 0 4 2 Fe(OH)3 + 3H+ + e = Fe2+ + 3H2O 6 pH 8 10 12 14 E = 0.97-0.059 log[Fe2+-0.177pH 1.4 1 Fe3+ Fe(OH)3 0.6 0.2 Fe2+ Fe(OH)2 -0.2 -0.6 Fe º -1 0 Fe(OH)3 + H+ + e = Fe(OH)2 + H2O 2 4 6 pH 8 E = 0.28 - 0.059pH 10 12 14 1. 1. igual a la sección anterior.8. se debe dejar bien en claro. i.6 0. En este caso consideraremos una concentración de especies de 10-7M.4 1 Fe 3+ Fe(OH) 3 0. y ii.2 2+ Fe -0. se debe aclarar. ya que eso sería muy tedioso. se incluye el área de estabilidad del agua la cual se encuentra entre líneas punteadas. 3. tal como se vera más adelante.2 Diagrama Eh-pH del sistema Fe-H2O.Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza 44 1. En esta figura. mucho mejor es analizar los equilibrios conforme se va construyendo la gráfica. V 0. que la gráfica equivale para un valor de una concentración de especies determinada y que si uno realiza un cambio muy grande de concentración de especies.2 muestra el diagrama Eh-pH resultante.2 Fe(OH) 2 -0.6 Feº -1 0 2 4 6 pH 8 10 12 14 Fig.Ahora veremos como afecta la concentración en la construcción del diagrama del Fe-H2O.1M y 25ºC. La figura 3. concentración de especies 0. que la recta del equilibrio entre Fe3+/Fe2+ llega hasta pH=1. 3.1 M. puede dar a lugar que empiecen a aparecer zonas de estabilidad para ciertas especies. además. Se debe indicar que no es necesario analizar todas las reacciones posibles del sistema.6 Feº -1 0 2 4 6 pH 8 10 12 14 La gráfica muestra las rectas de los tres últimos equilibrios. porque luego viene el área de estabilidad del Fe(OH) 3.4 1 3+ Fe Eh. para una concentración de especies de 10-7M a) Equilibrio del Fe ° con especies ferrosas . para una concentración de especies de 0.2 Fe(OH) 2 -0.6 Fe(OH) 3 0.8 Variación de la concentración de especies (diagrama del Fe-H2O). Construcción del diagrama. iii..2 Fe 2+ -0. concentración de especies 10-7M y 25ºC. pero las ecuaciones de equilibrio producidas son diferentes.2 2- Fe(OH)2 -0.1.1.1. se producen las siguientes rectas como se muestra en la siguiente gráfica.3 Diagrama Eh-pH del sistema Fe-H2O. Cu+. 3.9. De la gráfica. CuO22-. y en general las rectas equilibrio se han desplazado en comparación para una concentración de 0.tiene una zona de estabilidad a pH muy altos. 3.9.6 Feº -1 0 2 4 6 pH 8 10 12 14 Fig.4 1 3+ Fe Eh. V 0. pero incluyendo la especie FeO22-. donde se observa que existe un rango de estabilidad para la especie FeO22.2 2+ Fe -0.2 FeO2 2- Fe(OH) 2 -0. Cu2O. Cu2+. se observa que ahora la especie FeO22.1M (figura 3.6 Fe(OH) 3 0.2 Bosquejo del diagrama: . Al reemplazar la concentración de 10-7M.3. 3.2). 1.a pH muy altos.6 -1 0 2 4 6 pH 8 10 12 14 Siguiendo los mismos pasos de la sección anterior. V 0. 1 0. se obtiene la figura 3.2 2+ Fe -0.Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza 45 En este caso las semireacciones son iguales a la de la sección anterior.9 Construcción del diagrama Cu-H2O 3.6 FeO2 Eh.1 Especies a considerar: Cu. ya que las concentraciones de las especies varían. CuO. 5). para una concentración de especies de 0. Equilibrio del Cu/Cu+ y Cu+/Cu2+ Cu+ + e = Cu2+ + e = Cuº E = 0.35) es decir. se observa que el cobre nativo (Cuº) tiene una gran zona de estabilidad en todo el rango de pH.1. se construye el diagrama Cu-H2O. los equilibrios con el ión Cu+ ya no serán considerados.3 Construcción del diagrama.16 + 0. Procediendo análogamente a la construcción del diagrama del sistema Fe-H2O.37) . se puede decir.31V (aproximadamente). esto se debe a que el ión Cu+. existe un conflicto de equilibrios.4. además. cuando se pone en contacto con una solución de cobre. el que se muestra en la figura 3.51 + 0. Con respecto a este último elemento. es la que ocurre en la cementación de soluciones de cobre con chatarra de hierro. que este es estable en medio ácido (alrededor pH<3. son el H2.36) 2+ Los agentes conocidos que cumplen el propósito de reducción del Cu .46 Eh Cu2+ CuO + Cu Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza CuO22- Cu2O Cu pH 3. según la siguiente reacción: Cu2+ + 2e = Cuº (3. (3. del Cu2+. Feº.9. la reducción del Cu2+ a cobre metálico necesita potenciales menores a 0. no es estable en soluciones acuosas y se desproporcionan según la siguiente reacción: 2Cu+ = Cuº + Cu2+ (3. la reacción de reducción de Cu2+ ocurre según la siguiente reacción: Cu2+ + Feº = Cuº + Fe2+ esta reacción.1M y 25ºC. De esta gráfica. etc. que en las rectas equilibrio de ambas reacciones. y que a pH altos este precipitaría como hidróxido (óxido).0591 log[Cu2+/[Cu+ De esta gráfica se observa.0591 log[Cu+ Cu+ E = 0. 4 CuO 0. Otra diferencia importante. Estos diagramas.2 Cu° -0.1. cuando las reacciones que ocurren son del tipo química. Inversamente los compuestos B y C se pueden formar espontáneamente a partir de A y D. el sistema se comporta como una celda galvánica o una pila y es posible obtener energía del sistema.4 Diagrama Eh-pH del sistema Cu-H2O.8 2+ Cu 0. A Eh B C D celda galvanica o pila celda electrolítica pH 3.2 Diagrama de distribución de especies Este tipo de diagramas.6 -0. se produce una celda electrolítica.4 -0.2 1 0. A diferencia de los diagramas de Pourbaix. Para su construcción se deben seguir los siguientes pasos: i. es decir. son más aconsejables de usar. en este caso. etc. V 0. un ejemplo típico es la formación de Cu2+ a partir de Cuº y O2.1M y 25ºC. aquí se considera constante la masa total de un elemento en el sistema. un caso típico de esto es la formación de Cuº y O 2 a partir de Cu2+.Cuando se tiene dos semireacciones. 3. que si se desea obtener los compuestos A y D a partir de B y C se debe entregar energía al sistema. es decir. nos indican la variación de las concentraciones de las distintas especies consideradas en nuestro sistema. se deben enumerar todas las especies a considerar en el sistema.4.. las concentraciones de las especies no son constantes. concentración de especies 0. no existe oxidación ni reducción. tal como se muestran en la grafica siguiente.2 Cu2O 0 -0. sino que se las determina a las diferentes condiciones del sistema. formar ecuaciones matemáticas con la ayuda de los balances de masa. según la variación de la concentración de algún parámetro.Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza 47 1. con sus respectivas representaciones matemáticas. . iii. es que se consideran especies que se encuentran al mismo estado de oxidación. establecer todos los equilibrios químicos que se producen entre ellos. como puede ser la concentración de iones H + (pH). ii.8 0 2 4 6 pH 8 10 12 14 Fig. 3.6 Eh.4 Observación. es decir. la concentración del ligando (si hay presencia de complejos). se debe aclarar. tal como se muestra en la figura 3.9. 01 0. lo cual es más conveniente. se produce un equilibrio entre ambas especies y para pH mayores es el NH4OH la más estable.999 5.7x10-8 3 10-3 0. tenemos: f(NH4OH) 1 1 K H y f NH4 K H 1 K H Como se ve de estas dos últimas ecuaciones.7x10-5 6 10-6 0. 3. que la especie NH4OH por ser neutra..43) como fracción.999 5.945 0.636 0. Se debe aclarar.38) a) especies a considerar: NH4+ y NH4OH b) ecuación de equilibrio: NH4(OH) + H+ NH4+ + H2O c) K NH 4 NH4 (OH)H (3. se muestran los valores numéricos obtenidos para las fracciones de ambas especies en función del pH. estos datos se utilizan para obtener el diagrama de distribución de la figura 3.017 0.24.39) en (3.7x10-6 5 10 -5 0..42) 1 K H (3.42) y (3.363 9.7x10-7 4 10 -4 0.5 10 10-10 0. En la tabla 3.41) NH4OH NT (3.2. resolución matemática de las ecuaciones propuestas.7x10-9 2 0. se tiene: [NT = [NH4OH + [NH4+ (3. se observa que a pH bajos la especie predominante es el NH4+ y conforme se va aumentando el pH.40). estas pueden ser expresadas como fracción molar. cuando en el sistema.5 0.999 5. 3.851 11 10-11 0. las fracciones de estas especies dependen únicamente del pH ([H +).Normalmente.42) en (3.43) T expresando (3.39) NH 1 KKHH N 4 (3.5.1.Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza 48 iv.7x10-10 1 0. para lo cual se debe cumplir que el número de ecuaciones debe ser igual al número de variables.999 5.054 9 10-9 0.24 5.994 0. De esta gráfica.75 x109 balance de masa del N. esta tiende a pasar al estado gaseoso como NH 3 y esto aclara que a pH altos. todas las especies se encuentran en solución.1 Diagrama de especies del NH3.40) reemplazando (3. esta especie va disminuyendo y empieza a aumentar la concentración de la especie NH4OH y a pH=9.7x10 -10 0. se tiene: [NT = [NH4OH + K[H+[NH4OH (3. Tabla 3.1.39) 1.1 Diagramas que sólo contiene especies en solución.999 5.005 8 10-8 0.7x10-5 7 10 -7 0.Se debe indicar que el amoniaco en medio acuoso se hidrata según la siguiente reacción: NH3 + H2O = NH4(OH) (3. se sienta el típico olor del amoniaco.2.1 1 5. pH [H+] f(NH4+) f(NH4(OH)) 0 1 1 5.148 0.1 Valores de las fracciones de NH4+ y NH4(OH) en medio acuoso.982 . 34 T 1 + 2 + 2 3 + 3 (3.5 Diagrama de distribución de especies del NH3 a 25º.98x1020 34 24 (3.45) + 2 H AsO AsO H 3 (3.45) y (3.47) (3.+ 3H+ = H3AsO4 HAsO AsO H H AsO AsO H K1 K2 K3 c) K1 = 3. H2AsO4-.49) ordenando la ecuación anterior: 1 AsO As 1 K H K H K H f AsO43.2 0 0 2 4 6 8 10 12 14 pH Fig.75x10-5 0.1.2 Diagramas de especies del arseniato a) especies a considerar: H3AsO4.8 0.98x1011 K2 = 2.998 13 10-13 1. K1 AsO43.1 K1 H+ K2 H+ 2 K3 H+ 3 (3. fracciòn molar 12 1 NH4 + NH4OH 0. b) Se tiene las siguientes ecuaciones de equilibrio: AsO43.75x10-4 0.H+ 2 K3 AsO43.999 especies de amoniaco. 3.47): As T AsO43.+ H+ = HAsO42AsO43. AsO43-.50) combinando ecuación (3.44) + 4 2 34 (3.4 0.H+ K2 AsO43.44).H+ 3 As T AsO43.48) (3. 3.Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza 49 10-12 0.45) y (3.6 0.46) en (3.46) obtenemos las siguientes ecuaciones: .50) con las ecuaciones (3.001 0. (3.44).29x1018 K3 = 3.2.999 14 10-14 1.46) 4 34 + 3 balanceando el arsénico total: [AsT = [AsO43- + [HAsO42- + [H2AsO4- + [H3AsO4 (3. HAsO42-.+ 2H+ = H2AsO4AsO43. (3. no existirá la especie sólida.8 0. y cuando el sólido existe. concentración total de hierro 0.53) + 3 3 La figura 3. sus iones obedecerán la ecuación anterior. + 1 f H2AsO4. especies arsenato.En este caso.57) Se debe tener en cuenta. 3.51) + 3 3 1 K H K H K H K2 H+ + 1 f H3AsO4 + 2 2 2 + 2 (3. fracciòn molar 1 H 3A sO4 H2AsO4 - HAsO4 2- A sO43- 0.Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza 50 1 K H K H K H K1 H+ f HAsO42.. las especies van variando de la más positiva a la más negativa. 2 (3. Fe(OH)3(s) b) ecuaciones de equilibrio: Fe(OH)2+ + H+ = Fe3+ + H2O Fe 933. 3. . pero que está expresada en función de [H+.2. muestra la distribución de las especies arseniato. de acuerdo a su constante de solubilidad. Del diagrama se observa.2.1M a) especies a considerar: Fe3+. que cuando existe un sólido.4 0.25 Fe(OH) H Fe 1819701 Fe(OH) H K1 Fe(OH)2+ + 2H+ = Fe3+ + 2H2O K 2 Fe(OH)3(s) + 3H+ = Fe3+ + 2H2O 3 2 3 + 2 K3 (3.6 Diagrama de distribución de especies de los arseniatos a 25ºC. Fe(OH)2+.55) (3.2 0 0 2 4 6 pH 8 10 12 14 Fig. que K3 es la constante de solubilidad del Fe(OH)3.1 Diagrama de especies de Fe(III). si el producto de sus iones es menor a Kso ([A [B <Kso). 3. este se encuentra en equilibrio con sus iones. que conforme se va aumentando el pH. la cual está dada por la siguiente relación: AaBb = aA+b + bB+a Kso = [A+ba [B+ab +b a (3.6 0.56) 2 Fe 40000 H 3 3 (3.52) + 3 3 1 K H K H K H K3 H+ 1 + 2 3 + 2 (3.54) +a b luego. se debe tener en cuenta.6.2.2 Diagramas que contienen especies sólidas. Fe(OH)2+. 2). por lo tanto. Para pH>1. en ella se nota que a pH bajos.61) Fe T 1 1 1 K1 H K H 2 2 luego.57). respectivamente. esto hasta aproximadamente pH=1. en este rango no existirá el precipitado de Fe(OH)3. por lo tanto. estas dos especies no presentan rangos de estabilidad en los diagramas de Pourbaix (figura 3.51 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza c) balance de masa. haciendo un balance de masa se obtiene el valor de [Fe(OH)3(s): [Fe(OH)3(s) = [FeT .87 se usan las fórmulas de existencia de precipitado. parte II (existe precipitado).63) La tabla 3.59) (3. se puede despejar el valor de [Fe3+.55) y (3. los valores de [Fe(OH)2+ y [Fe(OH)2+.7.56).61) en las ecuaciones (3. se obtienen reemplazando la ecuación (3.87.62) en las ecuaciones (3. Con estos valores. Luego.([Fe3+ + [Fe(OH)2+ + [Fe(OH)2+) (3.62) 3 luego. Además.56). .2 muestra los valores obtenidos.58) reemplazando las ecuaciones (3. que a pH ácidos. a) cuando no existe precipitado y b) cuando se forma precipitado parte I (no existe precipitado) [FeT = [Fe3+ + [Fe(OH)2+ + [Fe(OH)2+ (3. es decir: Fe 3 K3 H (3. debido a esto.. es tan despreciable en todo el rango de pH que se confunde con el eje de pH. respectivamente.8. es el ión Fe3+ y a pH altos. se tiene que [Fe3+/[H+3<40000. es el precipitado Fe(OH)3.55) y (3. se obtiene la figura 3.7.56) en la ecuación anterior se tiene: Fe T Fe3 Fe Fe K H K H 3 1 Fe T Fe3 1 Fe 3 3 2 2 1 1 2 K1 H K2 H (3. la especie más estable. que en la práctica se verifica que el pH de precipitación del hidróxido depende de la cantidad de hierro total en el sistema pero en promedio es de pH=1. y la especie Fe(OH)2+. aquí hay que considerar dos casos. Se observa claramente. lo que está de acuerdo con los valores determinados. Se debe indicar. la especie Fe(OH)2+ tiene un pequeña existencia. se observa que alrededor de pH=1.60) (3.55) y (3. los valores de [Fe(OH)2+ y [Fe(OH)2+. se obtienen reemplazando la ecuación (3.en este caso se cumple la ecuación (3. 2x10-25 2.0989 98. pH [H+] [Fe3+] [Fe3+]/[H+]3 [Fe(OH)2+] [Fe(OH)2+] [Fe(OH)3] 0 1 0.0001 5.2x10-27 2.031 0.0554 3 0.2x10-12 0.0998 0.3 x10-5 ---- 1.2x10-5 0.00029 0.0966 3057.0010 5.06 0.2x10-11 0.1 13 10-13 4x10-35 40000 4.1M.2x10-11 2.2x10 .1 10 10-10 4x10-26 40000 4.91 0.08 0.2x10 -13 -9 0.013 0. para [FeT=0.0073 0.0999 -4 4 10 40000 4.04 40000 0.0998 -8 -7 -6 0.88 0.0916 40000 0.2x10-5 2.2x10-19 2.013 0.2x10-7 0.2 Valores de las concentraciones de especies de férricas en medio acuoso.0998 0.2x10-15 2.2x10 2.0074 0.1M. 3.0923 37634.93 0.2x10 -23 -14 0.1 4x10 4x10 2.2x10-10 0.02 Fe(OH) 2+ Fe(OH) 2 + 0 0 2 4 6 pH 8 10 12 14 Fig. mol/lt Fe 0. Tabla 3.2x10-17 2.001 0.1 3+ Fe(OH)3(s) Especies férricas.2x10 2.1 9 10-9 4x10-23 40000 4.1 12 10 -12 -32 40000 4.2x10-8 0.2x10-9 2.00022 0.Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza 52 0.01 0.0042 0.1 0.00062 2 0.2x10-16 0.2x10 5 10-5 4x10-11 4x10 40000 4.87 0.04 0.1 14 10-14 4x10-38 40000 4.1 8 10-8 4x10-20 40000 4.7 Diagrama de distribución de especies férricas.5x10-8 ---- 1 0.0032 5.4 x10-6 ---- 1.5 0.2x10-15 0. a 25ºC y [FeTotal=0.1 6 10-6 4x10-14 40000 4.00028 ---- 1.1 7 10 -7 -17 40000 4.01 0.00004 40000 4. 2Fe3+ + H3AsO3 + H2O = 2Fe2+ + H3AsO4 + 2H+ (4. se escribirá solo la semireacción de oxidación. es que en adelante. que no existe relación alguna entre el potencial de reposo de una partícula y su conductividad eléctrica respectiva. al azufre elemental (S°). los reactantes entran en contacto íntimo entre ellos.1.En este caso. son altamente conductores.2 reacción en un medio heterogéneo. e_ en viajan superficies en sólidos . es que esta no es totalmente uniforme. e_ viajan en un solo sólido semireacciones diferentes. FeCl2+. se tiene involucrado la presencia de 1 o más sólidos en el intercambio de electrones. todas las especies involucradas se realizan en el seno de la solución. llevándose a cabo así. Debido a que los electrones. 4.3) 4. o mezclas de ambas.1. A modo de facilitar la comprensión las reacciones.1.1 reacción en un medio homogéneo. cualquiera que actúe como oxidante.1 Tipos de reacciones 4.3 es un ejemplo de este tipo de reacción. las superficies que presenten mayor conductividad. se representara el estado de oxidación entre paréntesis.+ Zn = Zn(CN)42. debido a las imperfecciones e impurezas que presenta el sólido. Los electrones siempre viajan a través de los sólidos. Ag. ya sea al estado iónico o molecular.. la razón por la que se crean estas áreas en una misma superficie (caso a). el que puede representar cualquier complejo del ión metálico central. Se debe aclarar. la química de la lixiviación de diversas especies de interés. Estas microzonas. para un ión. tal como las siguientes semireacciones: O2 + 4H+ + 4e = 2H2O (4.4 muestra un ejemplo de una reacción heterogénea. teniendo como ejemplo clásico de un elemento pobremente conductor.En este caso.4) Por lo anterior. que los metales nativos.Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza 53 IV. paralelamente se forman microzonas catódicas.+ 2Au° (4. Cuando se tiene la presencia de un sólido único. FeCl2+. y los sulfuros semiconductores. donde ocurre la oxidación. La reacción 4. QUIMICA GLOBAL Y FENÓMENOS PRESENTES EN LIXIVIACION A continuación se presentará. Au. transferirán con mayor facilidad los electrones y por lo tanto. En los sólidos se forman microzonas anódicas. b) e_ viajan en mismo sólido semireacciones en superficies c) diferentes. además de efectos paralelos a la química y que son de gran importancia de aplicación industrial. ya sea como elementos nativos o especies mineralógicas. FeCl3. el Fe(III) puede representar cualquiera de las siguientes especies: Fe3+. no pueden viajar físicamente a través de un medio líquido. Por ejemplo. que se presenta a nivel industrial en el proceso de recuperación del Au y Ag (Merril Crowe). y viceversa. Se debe indicar. siendo la semireacción de reducción. desde la zona anódica a la catódica.2) Otro punto interesante de aclarar.1) Fe3+ + e = Fe2+ (4. a) semireacciones en una misma superficie.. La reacción 4. pertenecer a una misma superficie. la reacción global ocurrirá con mayor rapidez. intercambiando los electrones respectivos. pueden o no. 2Au(CN)2. para el caso donde se consideren las reacciones de disolución y se necesite de un oxidante. tal como se muestra en la figura 4. revisándose también la influencia de los complejos. la reacción total. donde ocurre la reducción. como el Cu. no es necesario que las partículas estén físicamente unidas. μ ohm. lamentablemente. a causa de las impurezas que puedan presentar. bajo el potencial EAB.2). en la práctica no se cuentan con las conductividades eléctricas de todo los minerales.104 Hematita 3. el conjunto de partículas A/B adquieren un potencial mixto EAB. pero debido a la agitación del medio hacen contacto.0 Pt 9. las partículas adquieren diferentes potenciales de reposo. provocando la aparición del efecto galvánico.3. Además. ya que bajo esta condición.5 Hg 95 Grafito 2. 4.54 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza diferentes Fig. En la tabla 4. aunque su detección es complicada.109 SiO2 1020 . 4.3 Especie Resistividad eléctrica. presentarán potenciales de reposo de distinto valor. es bueno saber las conductividades eléctricas de las superficies involucradas. para que este efecto ocurra.1 Transferencia de electrones a través de sólido(s) en una reacción electroquímica. El efecto galvánico tiene mucha incidencia en los procesos electroquímicos.2. con el fin de tener una mejor compresión del sistema. prevaleciendo en la partícula A las reacciones de oxidación y en la partícula B las reacciones de reducción (figura 4. se presentan las resistividades eléctricas de diversas especies de interés.106 Rutilo 1012 .85 Al 2. 4. el cual es un valor comprendido entre EA y EB (figura 4. dos partículas distintas A y B que tienen propiedades conductoras o semiconductoras. este fenómeno es conocido como efecto galvánico.1 Resistividades eléctricas de diversas especies de interés. por lo tanto.cm S° 2x1023 Au° 2. tal como se muestra en la figura 4.1024 Efecto galvánico En solución.2x103 – 0.5x107 – 4x106 Magnetita 2x104 – 4x103 Casiterita 1010 . Se ha reportado que este efecto ocurre. por ejemplo la resistividad de la pirita pura varia de 3x103 a 1.5x1012 Cuprita 1019 .3x108 Bornita 105 . ya que también puede darse en partículas que se encuentren libres. es igual a la velocidad de aceptación de electrones en la partícula B.5 .5x105 – 10x15 Magnetita 5x104 . lo que tiene mucha incidencia con respecto a las partículas en estado aislado.102 Calcosina 4x106 – 8x103 Covelina 8x103 – 70 Pirita 3x106 – 105 Galena 103 – 7x102 Molibdenita 7. con la condición que EB>EA. Tabla 4.5x108 μ ohm. estos tienen gran variación en sus resistividades eléctricas.64x103 Calcopirita 1. se tiene que los electrones viajan a través de los sólidos.93 Cu° 1. cada una de ellas presentará sus curvas de corriente total (sección 2.1.2). respectivamente.67 Fe 10. se tiene que la velocidad de generación de electrones sobre la partícula A.2 Conductividades de minerales En las reacciones de oxidación y reducción en un medio heterogéneo. Si las partículas entran en contacto. Este . Con respecto a los minerales.109 Hematita 2.cm.3). que se denominarán EA y EB.41 Ag° 9.8x105 Esfalerita 3x105 . 55 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza efecto explicaría resultados experimentales. 4. lo que no está detectado por la experiencia de laboratorio. 4.4 se muestra el circuito práctico. 4. . donde se espera que ocurra cierta reacción y esta no se presenta o ocurran en magnitud desproporcionada.4 Medición práctica del efecto galvánico y su corriente respectiva. tales como las áreas expuestas de ambas partículas. En la figura 4. auqnue debe aclararse. que esta es una experiencia de laboratorio y en la práctica el efecto real depende de otros factores. en el cual se puede detectar y cuantificar el efecto galvánico. a) Partícula A aislada b) Partíula B aislada c) Partículas A y B en contacto Fig.3 Esquematización del efecto galvánico (EB > EAB > EA).2 Corrientes totales de partículas separadas en un medio acuoso. Fig. Fig. 7) Influencia del número de electrones intercambiados en la cinética(Domic) En el proceso de lixiviación.34V. se necesitan de agentes oxidantes muy fuertes. puede llevarse a cabo a través de dos mecanismos(Holmes). Pt). La semireacción de lixiviación de este elemento sería: Ag = Ag+ + e (4. La disolución de un mineral. debido a su estructura cristalina. que para que la lixiviación de la plata ocurra en medio ácido. es el O 2 presente en el aire.+ 16H+ 14Fe2+ + 3. existiendo en este último caso. En el primero de ellos. disminuyendo la cinética al aumentar el número de electrones intercambiados. a causa de que estos elementos presentan un estado de oxidación cero. la semireacción de disolución de metal nativo. es la siguiente: M = Mn+ + ne (4.6) (4. presentan una cinética de disolución más lenta..8) 4. según las reacciones 4. se ha publicado que la velocidad de las reacciones químicas varía considerablemente. M. se tiene una red de partículas de sulfuros interconectadas.8. se necesita que el potencial del sistema sea aproximadamente mayor a 0. directo FeS2 + H2O +3. donde ocurriría la siguiente semireacción: Cu° = Cu2+ + 2e (4.7. se necesite de la presencia un oxidante para que se produzca la disolución de las especies valiosas.5 Medio oxidante y mecanismos de ataque de los minerales sulfurados Es común que en la lixiviación de los minerales.5 se observa. Ag. como el peróxido de oxigeno (H2O2). Como resultado. Sb. sin embargo. con O2 y en presencia de especies oxidantes tal como el Fe(III).1 Cobre. existen especies que no necesitan de agentes oxidantes o reductores para su disolución. hace esperar que para el caso de un sulfuro. Hg. que son considerados metales nobles (Au. por lo que es común. tal como se muestra en la reacción 4.7 Lixiviación de metales elementales En el caso de la lixiviación de los metales.7. donde se observa que para que ocurra la lixiviación del cobre. Pt). el que posteriormente es oxidado por el O2. el O2 ataca directamente a la especie sulfurada. se hace necesario de la presencia de algún tipo de oxidante. sin considerar la presencia de acomplejantes. hasta 15 veces.5) (4. son numerosas las especies que si lo necesitan. 4. En general. Sin embargo.56 4. como se dijo en la sección 2.5. El oxidante más barato usado a nivel industrial. Es encontrado al estado natural a menudo mezclado con otros metales (Au. un determinado número de electrones involucrados. las que son eléctricamente conductoras y presentarán una disolución parcial.La plata es un metal noble. siendo el más común el Fe(III). por el contrario. 4.Para que se produzca la lixiviación del cobre.6. que existen elementos que el potencial que necesitan para su disolución es demasiado alto. En el segundo caso. tal como se presenta en la figura 3. En forma general. se necesita de un medio ácido. para el mismo mineral. En la figura 4. su principal inconveniente. indirecto FeS2 + 8H2O + 14Fe3+ = 15Fe2+ + 2SO42.5O2 + 14H+ = 14Fe3+ + 7H2O 4. sobre las diferentes caras de algunos cristales simples.4 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza Influencia de la orientación de los granos en la lixiviación(Thomas) En la literatura existe muy poco a lo relacionado. en el cual se usa a la pirita como ejemplo.2 Plata.6 y 4. sobre la influencia de la orientación de los granos en la cinética de disolución de los elementos.5O2 = Fe2+ + 2SO42. su disolución ocurre a través del ataque del Fe(III). su dominio de estabilidad cubre una gran región de la estabilidad del agua. Lo anterior.4. Cu..10) .6 (4. usar otros oxidantes que se encuentren disueltos en solución. las reacciones donde intervienen intercambio de electrones. es su baja solubilidad en el medio acuoso. debe aclarase.9) 4.+ 2H+ M. algunos granos presenten una orientación más favorable para su disolución que otros. 4. tal como se verá más adelante..3 Oro.4 Hierro.En la figura 3. observándose claramente que el hierro es disuelto en un gran rango de pH en medio ácido.1M y 25ºC.7.5 Auº 0 -0.5 1 0.01M y 25ºC. 4. 4.5 Diagrama Eh-pH del sistema Ag-H2O.6. V 0.6 Diagrama Eh-pH del sistema Au-H2O. 3 AuO2 2.7.8 Ag2O 0.5 -1 0 2 4 6 pH 8 10 12 14 Fig.4 Ag + 1.2 Ag ° -0. para su disolución. V 1.12) .Este metal es considerado como uno de los más nobles.4 -0. concentración de especies 0. La reacción de disolución del hierro es la siguiente: Fe = Fe2+ + 2e (4.1 -0.. 4.5 0.7 Ag2O3 1.2 se muestra el diagrama Eh-ph del Fe-H2O.Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza 57 2 1. debido a que es estable en medio acuoso en todo el rango de pH tal como se muestra en la figura 4.11) Según la fuerza oxidante los iones ferrosos pueden pasar a iones férricos de acuerdo a la siguiente reacción: 2+ Fe = Fe3+ + e (4.5 2 Au(OH) 3 Eh. siendo necesario del uso de acomplejantes. concentración de especies 0.1 Ag2O2 Eh.7 -1 0 2 4 6 pH 8 10 12 14 Fig. brochantita y antlerita) y cloruros (atacamita) Comentarios los sulfatos se pueden disolver hasta en agua. En presencia de agentes reductores. Al(OH)3. delafosita) y algunos silicatos y óxidos de complejos de manganeso (neotocita. covelina) súlfuros complejos (calcopirita. por ejemplo. el ión Cu2+ es estable a pH<3. siendo la reacción total: 4Fe + 3O2 + 12H+ = 4Fe3+ + 3H2O 4. CoO2.en el caso de estos óxidos. Neotocita (CuiFejMnk)SiO3. mostrando asi mayor superficie expuesta cobre nativo. AsO3. PoO2.2 Velocidades de disolución relativas de los minerales de Cu. bornita.tetraedrita) el cobre como Cu+1 y el fierro como Fe+2. Tabla 4. En presencia de agentes oxidantes. Como se muestra en la figura 3.3Cu(OH)2 + 6H+ = 4Cu2+ + 2Cl. temperatura y oxigenación.14) (4. por ejemplo: CuO.+ 4H2O brochantita CuSO4.22) En la tabla 4. Tl2O. malaquita. Ni2O3. respectivamente.21) (4. copper wad y copper pitch) súlfuros simples (calcosina. MnO2. FeO. son las arcillas y limonitas. es normal lixiviarlos en medio ácido y temperaturas moderadas. . CoO4.3Cu(OH)2 + 6H+ = 4Cu2+ + SO42.8. CoO.15) (4. djurleita. las que presentan cantidades variables de la especie valiosa. pero la lixiviación debe efectuarse a pH menores debido a razones cinéticas y por presencia de especies de Fe. Ni3O4. digenita. enargita.1 menas de cobre. chalcantita. Delafosita FeCuO2. en solución de ácido sulfúrico.2. Copper Wad CuO.13) Lixiviación de óxidos/hidróxidos La lixiviación de los óxidos puede ser alcanzados por tres vías: En ausencia de agentes oxidantes.Cu(OH)2 + 6H+ = 3Cu2+ + 2CO2(g) + 4H2O malaquita CuCO3. por ejemplo: Cu2O.16) (4. Co2O3.Cu(OH)2 + 4H+ = 2Cu2+ + CO2(g) + 3H2O atacamita CuCl2. Fe2O3.20) (4. brochantita. Son sensibles a la agitación.2Cu(OH)2 + 4H+ = 3Cu2+ + SO42. con un promedio de 10 y 2% en Cu. antlerita.58 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza Ambas etapas de oxidación pueden ser efectuadas por el O2. necesitándose de un oxidante. azurita). azurita.MnO2. atacamita. la lentitud se relaciona a la oxidación del sulfuro(-2) a sulfato S(+8). Otros especies que contienen Cu.. Copper Pitch CuMn8FeSiO2.17) (4. V2O3.19) (4. Se encuentran como pátinas y en fracturas.+ 6H2O chalcantita CuSO4 = 3Cu2+ + SO42- (4. y los carbonatos liberan CO2 gaseoso los óxidos también pueden contener Cu2+. es su baja extracción que presentan en pilas. sulfatos (chalcantita. por lo que un pH<1. necesitan de un poco mayor de acidez. crisocola. Pitch/limonita (Fei-Cuj)O2. donde se considera al O2 como oxidante para el caso de la cuprita: cuprita Cu2O + O2 + 4H+ = 2Cu2+ + 2H2O tenorita CuO + 2H+ = Cu2+ + H2O crisocola CuSiO3 + 2H+ = Cu2+ + SiO2 + H2O azurita 2CuCO3. UO2.4. donde también se han tomado en cuenta.8 (4.5 es apropiado. se da información cualitativa de cinéticas relativas de las diferentes especies de Cu.18) (4. Cinética Tiempo de relativa Referencia muy rápida (a temperatura ambiente) segundos a minutos disolución es completa Rápida horas (requiere disolución es mayor acidez) completa Moderada días a semanas (requiere disolución puede oxidante) no ser completa Lenta semanas a meses (requiere disolución puede oxidante) ser completa Muy lenta años para su (requieren disolución y oxidante) es incompleta Especies Minerales de Cu carbonatos (malaquita. NiO. SnO2. NiO2. las especies sulfuradas.+ 6H2O antlerita CuSO4. otra característica de estas dos especies. Fe3+ y óxidos cúpricos (tenorita) y silicatos (crisocola y dioptasa) Mn4+. óxidos cuprosos (cuprita. Además se puede necesitar oxidar el Cu y el fierro es frecuente quela disolución sea incompleta y se detenga después de alcanzar cierta extracción Otros tipos de especies de Cu que suelen presentarse en la mena son las siguientres: dioptasa CuSiO 2(OH)2.4. Las siguientes son las reacciones para los diferentes óxidos de cobre. 4. el que es recuperado desde menas de baja ley. según la siguiente reacción: Fe2O3 + H2 + 4H+ = 2Fe2+ + 3H2O (4. es lenta en medio ácido.24) (4.3 2+ Mn -0.2 0.32) . es mucho más lenta que los de cobre. pero si primero es sometido a una tostación reductora para producir MnO. su disolución también puede efectuarse a pH ligeramente ácidos usando un reductor.31) 1. en las menas de Cu: MnO2 + H2 + 2H+ = Mn2+ + 2H2O MnO2 + 2Fe2+ + 4H+ = Mn2+ + 2Fe3+ + 2H2O (4. En el caso del CoO.30 y 4. La pirolusita en medio ácido es insoluble. Con respecto a la hematita.8.25) Debe aclararse.2. La disolución de la pirolusita en medio ácido/reductor. un reductor para este sistema puede ser el H2. que normalmente el hierro metálico no es obtenido vía hidrometalúrgica. cuando se tiene la presencia de copper wad y pitch. La lixiviación de los óxidos de hierro puede realizarse en medio ácido según las siguientes reacciones: hematita Fe2O3 + 6H+ = 2Fe3+ + 3H2O goethita FeOOH + 3H+ = Fe3+ + 2H2O magnetita 4Fe3O4 + 36H+ + O2 = 12Fe3+ + 18H2O (4.1M y 25ºC.8.6 Eh. según las reacciones 4..2 Mn -1.7 Diagrama Eh-pH para el sistema Mn-H2O. 4. con H2.3 mena de manganeso.30) (4. éste en medio ácido se disolvería según la siguiente reacción: CoO + 2H+ = Co2+ + H2O (4.28) 4. concentración de especies 0. tiene implicaciones prácticas.6 -0.27) La cinética de lixiviación de los óxidos de hierro.26) (4.. los que pueden reducirse a Feº. la disolución puede producir Fe2+ o Fe3+ en solución. el que produciría iones ferrosos.9 MnO -1.la cinética de lixiviación de estos óxidos.8.. se observa que la lixiviación de la pirolusita se puede efectuar inclusive hasta en medio neutro.9 MnO2 0.2 menas de hierro. como el H2 o Fe2+.3 Mn2O3 0 Mn3O4 -0. la lixiviación puede realizarse en medio ácido según: MnO + 2H+ = Mn2+ + H2O (4. según las siguientes reacciones: 2Fe3+ + H2 = 2Fe2+ + 2H+ Fe2+ + H2 = Feº + 2H+ (4.La lixiviación de menas de óxido de hierro puede efectuarse cuando la ley es baja.23) (4.La mena de oxido de manganeso es la pirolusita (MnO2).29) De la figura 4.Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza 59 4.4 óxidos de cobalto.5 0 2 4 6 pH 8 10 12 14 Fig. como se observa en la figura 3. V 0. pero este necesita de un agente reductor. pero si este fuera el caso. 4.7.31. como el Cl-. por diversos motivos. como el O2 o el aire. en general presenta una cinética muy lenta. últimamente el tratamiento por esta ruta.0 CoO -0. Debido a que el tratamiento de los sulfuros vía hidrometalurgia.0 0 2 4 6 8 10 12 14 pH Fig. debido a que el tratamiento pirometalúrgico esta fuertemente comprometido con el medio ambiente. Normalmente. V 1. elimina el azufre mayormente al estado elemental y en menor proporción como sulfato. En general. además que la termodinámica. parte del Na2SO3. se pierde debido a la siguiente reacción: SO32. no siempre se cumple en la hidrometalúrgica. aunque sus usos.+ 3H2O (4. Debido a que en los procesos de lixiviación ácida/oxidante de los minerales sulfurados. El inconveniente principal con que se topa la hidrometalurgia.01M y 25ºC.0 Co2O3 1. están restringidos. .34) Otros investigadores. Uno de los métodos. para aumentar la cinética de lixiviación de los sulfuros. donde el azufre es liberado a la forma SO2. tal como se muestra en la figura 4.= 3Co2+ + SO42. presentándose en la tabla 2. siendo más atractivo es el uso de bacterias.0 Co3O4 0. donde la lixiviación ocurre en medio reductor. de la influencia de las bacterias para este tipo de minerales. 4.5 las especies de importancia industrial.5 2+ Co 0. el tratamiento metalúrgico de los sulfuros es diferente al de los óxidos.8 Diagrama Eh-pH del sistema Co-H2O. proponen la reducción de los óxidos de cobalto a cobalto metálico vía pirometalurgia. luego. está tomando cada vez más fuerza.5 Coº -1. se encuentran en la forma de sulfuros. además. concentración de especies 0. existen cierto grupo de sulfuros.9 Lixiviación de sulfuros Un gran número de metales encontrados en la naturaleza. esta asociado a la formación de azufre elemental (S°). NH3 para los sulfuros de cobre. 2. 4. esta es una especie más estable que el CoO. uno de los reductores probados es el Na2SO3. siendo la reacción de reducción: Co3O4 + 6H+ + SO32.8. ya que los sulfuros generalmente son tratados vía pirometalurgia. la disolución de elemento metálico de los sulfuros. es que la lixiviación de los sulfuros. se hace necesario revisar diversos aspectos del azufre en este medio.33) debido a que la reacción se realiza en medio ácido. se procede a lixiviar este último en medio ácido con cualquier oxidante.5 Eh. aumenta al incrementarse el potencial del medio. sin embargo. esto transforma a los sulfuros en óxidos. a los sulfuros se les somete a una tostación en presencia de O 2. lo que los hace aptos para su posterior lixiviación. es el uso de acomplejantes. tal como se verá más adelante.Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza 60 En cuanto al Co2O3. necesitando de un agente reductor para su disolución. en comparación a la pirometalurgia. Algunas veces.+ H+ = SO2(g) + H2O (4. 9 se presenta el diagrama Eh-pH del azufre. es hidrofóbico. lo que provoca aún más.8 HSO4- 0.1 b). 4.9. donde se observa un área de estabilidad en medio ácido para el S°. debido a los siguientes fenómenos: actúa como una barrera física.6 HS- S2- -0.. una disolución lenta del mineral inicial. transformándose en ácido sulfúrico en su oxidación. podrían viajar a través de él (fig. El S° tiene efectos negativos en la disolución de los sulfuros.4 0.8 0 2 4 6 pH 8 10 12 14 Fig. los electrones involucrados en la reacción. para que la reacción proceda.4 H2S(g) -0.+ 8H+ + 6e (4. tal como se observa en la figura 4.2 1 0. En la figura 4.9 Diagrama Eh-pH del sistema S-H2O. si el S° fuera conductor.10. 1. es que esta se realiza normalmente en medio ácido oxidante.2 -0.Una característica en la lixiviación de los sulfuros. debido a que esta capa es repelente al medio acuoso. lo que impide que la reacción ocurra indirectamente en la superficie del S° por efecto galvánico. por lo que esta presente en casi toda la etapa de lixiviación. haciendo que esta capa formada sea inadvertida. donde ocurre la formación gradual de azufre elemental como producto intermedio. a través de la siguiente semireacción. tiene una disolución lenta. los reactantes y productos tienen que difundir a través del S°. V 0. que impide que los reactantes y productos puedan desplazarse libremente. es decir.35) solución microzona catódica Ox Red So mineral - e microzona anódica n+ Me .Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza 61 4.2 SO42- Sº 0 -0. S° + 4H2O = SO42.6 Eh. pero este no es el caso. concentración de especies 1M y 25ºC.1 Azufre elemental (S°). tal como se explicó en el punto anterior.1). es no conductor (tabla 4. 4. debido a que el azufre es un pésimo conductor de calor. en estado metaestable por encima de su temperatura de transformación (95. La proporción Sλ. Los enlaces sencillos S-S.94 g/cm3). Red: oxidante reducido. S4. en este rango. y Sπ) entre 119°C y 160°C. A continuación se describirán diversas propiedades relacionadas al azufre. es muy lenta. Ox: agente oxidante. en otras palabras. S2). estando formado por anillos cíclicos S8 no planares. e incluso átomos libres. El S° monoclínico. estimándose que las cadenas de tamaño máximo contienen 105 átomos de S. pero las propiedades del azufre en este rango. ρ=1. El S° presenta dos polimorfos: el rómbico (α-S8. debido a que las cadenas se dividen en otras mucho más cortas (S8. Con respecto a la proporción Sπ. dichos enlaces son cinéticamente débiles. a pesar de esta temperatura de fusión tan baja. son a menudo difíciles de caracterizar con certeza absoluta. El azufre fundido. con temperaturas de transformación y fusión de 95.62 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza Fig. El azufre empieza a fundir a unos 119°C. este gobernada por la presencia de enlaces sencillos. 4. es el segundo elemento en cuanto a su tendencia a la homocatenación. la proporción Sμ. en su capacidad para formar compuestos con presencia de enlaces sencillos S-S-S extendidos. y se debe a la rotura de los anillos. la viscosidad disminuye debido a la movilidad de los anillos de S. debido a dificultades experimentales. Sμ. es el elemento que sigue al carbono. Por encima de 190°C. que pueden moverse con mayor facilidad. lo que confiere gran viscosidad al líquido.069 g/cm3) y el monoclínico (β-S8. es el anillo de ocho miembros S8. su proporción exacta no es bien conocida. A partir de esta temperatura. de rómbico a monoclínico. es una combinación de variedades alotrópicas (Sλ. . le cuesta bastante tiempo terminar de transformarse. respectivamente. es la más abundante (>90%). S6. una propiedad que explica por qué los alótropos y compuestos de S. es decir. si el calentamiento se efectúa con la suficiente rapidez. esta permanece baja a todas las temperaturas. a pesar de su fortaleza. es muy dependiente del Sμ. El azufre. la viscosidad vuelva a disminuir progresivamente. Sobre los 160°C. son fuertes y pueden reforzarse mediante la participación de los orbitales 3d. la viscosidad es máxima. sin embargo. puede existir en estado metaestable a temperaturas inferiores a la de transformación. los que tiene incidencia en la química de la lixiviación de los sulfuros: i. alotropía y tendencia a la catenación(Azufre).. pudiendo existir el S° rómbico.El azufre elemental presenta enlaces sencillos S-S. La transformación de las fases. los que pasan a formar cadenas S8. lo que se traduce en una enorme tendencia a la formación de cadenas con enlaces S-S (catenación). los que a su vez pueden combinarse para dar cadenas de mayor tamaño. ρ=2.10 Formación de azufre elemental en la lixiviación de minerales sulfurados. lo que hace que la química del S°. pueden romperse y volver a formar rápidamente. La unidad molecular en ambos polimorfos. siendo poca la contribución π al enlace doble S=S . Estructura. sufre un incremento de al menos 25%.6°C y 119°C.6°C). que tiene una conformación en bote y que puede describirse como dos cuadrados girados a 45°C uno del otro. este último formado desde la oxidación de S(-2). Formación de especies durante la oxidación.+ + H2O = H3O. = H2S2 = H2S. los que se detallan a continuación. Conforme la longitud de la cadena (x) se incrementa. H2S.La aparición de S° a partir desde S(-2). Dos de los radicales HS pueden reaccionar para formar un disulfuro HS. Los polisulfuros son potencialmente importantes en el ciclo de los metales. = HS2.39) .42) (4.+ Los formación de los polisulfuros se inician con la disociación del ácido fuerte H2S al radical HS. + HS.36) (4.. desde su estado (-2) hasta alcanzar el valor (+6). ayudado a su inestabilidad en medio ácido(blumental). A continuación se muestra la formación de los polisulfuros por oxidación con Fe3+ desde una especie S(-2). S(-2) → S°(Schippers).Sx-1)..41) o con otro radical HS.La oxidación del azufre en medio ácido.38) .+ + Fe2+ (4. (reacción 4. Los polisulfuros se forman desde la reacción del S(-2) con azufre de valencia cero. las cadenas de polisulfuros tienden a decomponerse a S°. 4.S disulfuro El disulfuro puede reaccionar nuevamente con iones Fe 4. (ecuación (4. se da a través de la formación de polisulfuros (H2Sx o H2S.+ + Fe2+ H2S2 + HS.11 Variación de la viscosidad con la temperatura(Dreisinger).42) H2S2 + Fe3+ = 2H2S2.63 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza Fig. se lleva a cabo mediante su transformación a través de diversos complejos. S(-2) + 2H+ = H2S H2S + Fe3+ = H2S. (4.+ + HS. ii.+ + Fe2+ (4.40) (reacción 4.37) O también desde una sola reacción: S(-2) + Fe3+ + 2H+ = H2S. + H2S 3+ (4.39).41) . siendo la pirita y la molibdenita los que cumplen este mecanismo... podría ocurrir por la formación intermedia de H2S y posterior recubrimiento con S°.+ 8Fe3+ + 5H2O = 2SO42. lo que confirma este mecanismo. se produce azufre elemental (S8) a través de la formación de polisulfuros (H2Sx).64 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza El trisulfuro ocurre por la reacción de un HS2. con un radical HS. principalmente S8. tal como se muestra en la figura 4. que no necesariamente. Ninguno de estos compuestos es soluble en ácido. Mecanismos de transformación del S(-II) desde un mineral sulfurado(Scippers). En soluciones ácidas los polisulfuros se decomponen a anillos de azufre elemental. si este es muy fuerte. siendo el principal producto intermedio el tiosulfato (S2O32-). Una posterior elongación de la cadena a polisulfuros.46) (4. siendo el O 2 posible de ser el oxidante.La literatura es muy confusa. en cantidades mayores a 90%.50 a 4. con la presencia de polisulfuros.+ 7Fe2+ + 6H+ S2O32. procede por reacciones análogas. a través de la formación de los polisulfuros. ambas especies consisten de pares de átomos de azufre. se lleva a cabo. todos los sulfuros metálicos tienen bandas de valencia. el medio lixiviante. y el tetrasulfuro ocurre por dimerización de dos radicales de HS2. tiosulfatos o politionatos (SxO62-) iii. Lo anterior es validado. A continuación. tiene implicación en la forma física del azufre elemental formado sobre la partícula inicial y con una posterior influencia en la cinética de disolución del sulfuro. las siguientes reacciones son las actúan en este mecanismo: FeS2 + 6Fe3+ + 3H2O = S2O32. estos sulfuros se descomponen a sulfato únicamente por el agente oxidante. formando polisulfuros como productos intermedios y produciendo posteriormente azufre elemental. La formación de los polisulfuros como productos intermedios. por lo que los metales y los sulfuros contribuyen con sus orbitales. puede incidir en el tipo de mecanismo del sulfuro. además. la reacción de lixiviación ácida oxidante de un mineral del tipo MS. siempre se tendrá el mismo mecanismo para cada especie individual.5O2 = H2S2O3 + [(n-2)/8]S8 H2Sn + 6Fe3+ + 3H2O = H2S2O3 + [(n-2)/8]S8 + 6Fe2+ + 6H+ (4. siendo el producto final en medio ácido. como especies intermedias(Kovalenko). presentándose el azufre elemental solo como un subproducto.12 a. ácido disulfano-monosulfónico. los que no contribuyen al enlace químico entre el metal y las porciones de azufre en el cristal. El primer mecanismo.52.. El tipo de mecanismo que se produce en la lixiviación oxidante de una especie sulfurada.45) (4. consecuentemente.43) La formación del tiosulfato (politionato y sulfato) ocurre por reacciones laterales.47) En el segundo mecanismo. S° → S(+4) → S(+6).12 b.+ 8Fe2+ + 10H+ (4. aunque se debe aclarar. tal como se observa en forma general en la figura 4. sobre los tipos de compuestos que se forman luego de la oxidación del azufre de la molécula de un mineral sulfurado. también pueden presentarse especies intermedias como los tiosulfitos. el ión sulfato SO42. Estas especies intermedias pueden ser especies del tipo sulfitos S8 → sulfitos (SO32-) → sulfatos (SO42-) A la vez. puede que en la práctica no se detecten compuestos intermedios. se presentan los dos mecanismos reportados de la transformación del azufre desde las especies sulfuradas. debido a que se ha reportado que la oxidación de la especie H2S en solución. . A continuación. de acuerdo a las reacciones 4. las impurezas presentes y otros. el cual normalmente se representa por S°.. dependen mucho del poder oxidante del medio. posteriormente pueden surgir las especies tiosulfato. en medio ácido oxidante.44) De acuerdo a lo explicado. tal como se muestra a continuación: H2Sn + 1. se presentarán resultados de un estudio del ataque de distintas muestras sulfuradas. ellos son solubles en ácido. han sido reportados por muchas publicaciones. consecuentemente. Los productos de oxidación de la pirita y molibdenita. Para el caso de la pirita. politionatos y finalmente sulfato. tal como se verá más adelante. el cual posteriormente es oxidado vía tetrationato. este debido a que sus bandas de valencia se derivan solo de los orbitales del metal. lo que ha sido postulado por algunas publicaciones. de acuerdo a la siguiente reacción: H2S9 = H2S + S8 (4.Estas transiciones. En este caso. esta exclusivamente basado sobre el ataque de Fe(III) sobre los sulfuros metálicos insolubles en medio ácido. debido a que en otros casos. Este mecanismo no necesariamente requiere la presencia de iones Fe(III). consisten hasta de 90% de sulfato y alrededor de 1 a 2% de politionatos. titrionato y finalmente sulfato. + 48Fe2+ + 64H+ (4. denso y casi impermeable(Havlík. % Galena PbS Halita 99.48) (4. la mayoría de autores afirman que esta forma una capa pasiva.2 Blenda Calcopirita iv. aparentemente una capa no pasiva. ocurriendo su nucleación y crecimiento de forma heterogénea(Ghali).3 0. las que serán detalladas a continuación. % SO42-. los que forman grandes cristales de S° sobre la superficie de la partícula inicial. los iones cloruros. En la tabla 4. Especie Pirita FeS2 Disulfuro 16..3 se presenta las diversas especies de azufre formadas sobre distintas especies sulfuradas.5 0. La formación del S° es influenciada por la acidez del sistema.7 1. con una estructura amorfa o criptocristalina (de grano muy fino).0 Oropimente As2S3 Capa 94.3 0.4 3.0 Morfología del S° formado desde la lixiviación de los sulfuros en medio ácido. % S4O62-.8 0. 4.1 81. Fórmula Estructura S8.9 0.9 4. % S5O62-. Hirato) y nunca forma una capa masiva(King). que la formación o no de azufre elemental. En medio sulfato. 10 mM FeCl3 a pH 1.9 Molibdenita MoS2 Capa 8. la morfología presenta grandes diferencias.2 7.0625XS8 + Fe2+ + H+ 8S8 + 48Fe3+ + 32H2O = 8SO42.4 90.3 0.0 Realgar AsS Anillo 92. creando así. depende del medio en el cual se forma.5H2Sx + Fe2+ (x≥2) 0. el S° es poroso(Douglas.0 0.4 0. observándose claramente. Vracar). Hirato 1997). En medio cloruro.12 Mecanismo de oxidación del azufre de un mineral sulfurado. Con respecto a los medios sulfatos y cloruros.5 7.3 Formación de compuestos de azufre.2 1. el S° formado es compacto.8 5.2 CuFeS2 Escalerita 92. La literatura indica que la morfología del azufre elemental formada.1 0. Douglas.7 1. 28°C(Scippers).Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza 65 XMS + Fe3+ + H+ = XM2+ + 0.0 0. Formándose así.5H2Sx + Fe3+ = 0.9. incrementándose su aparición a pH<1(Lotens). los medios de mayor importancia industrial. haciendo lenta la reacción de disolución del sulfuro original(Yong). De acuerdo a esto. Tabla 4. . un acceso para la solución lixiviante (Yong.0 0. no deben ser tomados solamente como agentes acomplejantes.2 0.1 0.50) a) Mecanismo del tiosulfato b) Mecanismo del polisulfuro Fig.6 Hauerita MnS2 Disulfuro 93.6 0. es muy marcado para las distintas especies mostradas. mientras otros han reportado que el S° no afecta la velocidad de lixiviación(Yong). Palmer.49) (4.5 ZnS Escalerita 94.Con respecto al azufre elemental formado en la lixiviación de los sulfuros. y . y si este se ha formado. 4. tal como se observa en la figura 4. forma azufre elemental a través de masas globulares. se tiene que el S° forma una capa protectora. aunque una red vacía es asociada con pequeños granos de S°. no habiendo indicios de fases intermedios entre el S° y la calcopirita sin reaccionar. A modo de chequeo. puede ser explicada por cualquiera de estos dos mecanismos. También se ha reportado que un aumento de temperatura por encima del de fusión del S°. para permitir el acceso de solución la lixiviante. CuFeS2 + 4HCl = CuCl2 + FeCl2 + 2H2S(acuoso) 2H2S(acuoso) + 4FeCl3 = 4FeCl2 + 4HCl + 2S° CuFeS2 + 4FeCl3 = CuCl2 + 5FeCl2 + 2S° (4. Por el contrario. la que mejor explica esta morfología del S°. argumentándose. como glóbulos aislados y relativamente grandes.52. donde se observa una extracción de Cu máximo a 110°C. indica su formación por precipitación desde la solución acuosa. inclusive en medio cloruro (Bonan). Se ha publicado que la lixiviación de la calcopirita en medio cloruro(Dutrizac 1989) a 95°C. en lugar de una lixiviación selectiva o una migración superficial del azufre.53). vale la pena mencionar. el S° formado se convierte pegajoso y tiende a aglomerarse.51) (4. existiendo suficiente espacio vacío entre los granos globulares. se debería a un fenómeno físico. La reacción 4. Lo anterior pude formar una capa pasiva. que se ha reportado su formación desde la reprecipitación de la especie H2S(acuoso). Con respecto a la morfología del S°.51 y 4. Se postula que la ocurrencia de S°. siendo su procedencia inicial desde la especie H 2S. de acuerdo a la reacción 4. separadas unas de otras por pequeñas partículas de S° de 10 μm.13 Efecto de la temperatura en la lixiviación de la calcopirita a 1N HCl. si en una experiencia de lixiviación.52) (4. No se tiene conocimiento si la disolución ocurre enteramente por el mecanismo indirecto (reacciones 4. se puede considerar. las observaciones morfológicas parecen requerir. que dicho incremento se debe al aumento de difusión de los iones a través de la capa de S°(Holdich). Aunque no se es explicito en la formación intermedia de polisulfuros. PO2 2010 kPa y 30 min (Habashi) . que no existe formación de S°. el que produce un azufre elemental viscoso. todo el H2S formado se disuelve en la solución de lixiviación y es rápidamente oxidado. Fig. Aunque la reacción de lixiviación.52) o por alguna combinación del mecanismo indirecto y el ataque directo del ión férrico sobre la calcopirita (reacción 4.52 envuelve la formación de una fase sólida. es válido suponer su interacción por algún mecanismo. Este efecto.13(Habashi). si se tiene una cinética de forma parabólica. en lugar de químico. los grandes glóbulos parecen ser al menos parcialmente protectivas. al menos parcialmente.53) Al menos que la concentración de HCl sea relativamente más alta que la del FeCl3.66 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza Sobre los 100°C. aumenta la extracción de Cu desde la pirita. no forma una capa pasiva. según los explicado en el punto b. producto de la fusión del S° (119°C). que algo de azufre se disuelve y posteriormente reprecipita como S°. lo que retarda la reacción de disolución del sulfuro inicial. la cinética es de forma lineal. sin embargo. que permite un acceso de la solución lixiviante a la superficie de la galena. 10 g/l Fe3+ y 98 g/l H2SO4(Dreisinger). los que a su vez. A 1 h de ataque. al menos parcialmente. han crecido en un recubrimiento grueso y poroso. justificándose la presencia del PbCl2 en la mezcla (S° + PbCl2). aunque la capa de S° es continua y porosa a nivel de microescala. y ha sido exitosa en disminuir la pasividad del film de S°.56. g/l Tensión Interfacial. El uso de agentes tensoactivos en la dispersión del S°. este tipo de reacción es consistente con la formación de glóbulos discretos de S°. para el caso de la escalerita. los que son incentivados por un medio cloruro. En este trabajo. Los reactivos que han encontrado mucho uso han sido el lignosulfato y el quebracho. mN/m 0 56 Lignosulfonato de Calcio 0. Por eso. el que a su vez. 0. para pensar en una aplicación industrial(Dreisinger 2004). tal como del disulfuro de carbono (CS2) y el tetracloruro de carbono (CCl4)(Havlik).1 41 . debido su lenta velocidad de difusión. los que se mencionan a continuación: En el mercado existen reactivos que disuelven el S°.54) (4. o en menor medida. los que son mezclas de (S° + PbCl2). La textura porosa de S° y su presencia sobre la capa de (S° + PbCl2). la formación de S° es perjudicial en la lixiviación ácida oxidante de las especies sulfuradas. a través de la reacción global 4. Luego de 29 h de reacción. descansan directamente sobre la galena inicial. las masas globulares de S°. la galena es cubierta con una capa gruesa de (S° + PbCl2). y del lignosulfato y ortofenilenediamina. cristales de azufre euhedrales. estos reactivos son sólo de aplicación en laboratorio. puede aumentar su permeabilidad. PbS + 2HCl = PbCl2 + H2S H2S + 2CuCl2 = 2CuCl + 2HCl + S° PbS + 2CuCl2 = PbCl2 + 2CuCl + S° v. preferentemente en sitios activos sobre la superficie de la calcopirita.De acuerdo a todo lo explicado. lo que promueve la dispersión del S° y b) los tensoactivos se adsorben sobre la superficie del sulfuro y los hace más hidrofílicos. la galena sin lixiviar. sobre la capa de granos finos de (S° + PbCl 2). aunque se presenta un bloqueamiento parcial sobre la superficie. Esta capa de azufre elemental.1 40 Lignosulfonato de Calcio 0. se usó cristales de galena natural.56) (4. para disminuir los efectos de esta capa. Tabla 4.67 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza probablemente ocurre una secuencia de nucleación y crecimiento. por la difusión externa de los productos de reacción. su costo asociado es alto. Las tablas 4. es usado en el proceso de la lixiviación a presión de concentrados. se recubre de gránulos continuos. tal como se revisó anteriormente. el S° no ha formado una capa protectiva continua.55) Dispersión del azufre elemental. para la calcopirita. (4.4 Efecto del surfactante sobre la superficie del azufre líquido. debido a la capa de (S° + PbCl2). a través de la solución atrapada en los poros de la capa espesa de S°. debido a la adición de tensoactivos. Cobble). es cubierta con una capa de S°. La acumulación del producto de reacción de PbCl2 en la superficie de la galena. Otro ejemplo que justifica la formación de S° a partir de la reprecipitación de H2S. sobre esta última se presentan masa globulares discontinuas de S°. aun existe. 140°C. Formación de una capa porosa.69 MPa (N2). La solución acuosa contiene 30 g/l Cu. y su posterior precipitación. sin embargo. y a los problemas que puede ocasionar aguas abajo. a causa de la abrasión que sufre por la agitación de la pulpa(Havlík. Después de 2 h de lixiviación. La presencia de Ag cataliza la lixiviación de los sulfuros. de un espesor de varios cientos de micrones. sugiere que la velocidad es controlada. Surfactante Ninguno Concentración. formado durante la lixiviación con el ión cúprico. Luego de 1 h de ataque.3 32 Ortofenilenediamina 0. es el que se detalla a continuación (Dutrizac 1989). los que fueron lixiviados en medio ácido/cloruro en presencia de iones Cu2+ y 95°C. a su vez. y con el consiguiente aumento en la disolución de especies. las que bajo el microscopio son compactas y vidriosas. disminuye la tensión interfacial agua/S°. Estos reactivos actúan por dos mecanismos: a) la introducción de tensoactivos.3 30 Lignosulfonato de Sodio 0. aunque la capa de S° parece cubrir la superficie entera de la galena. debido a sus costo asociados. pero el estudio con SEM (microscopio de barrido electrónico) revela una textura granular fina. Hirato. por lo que se hace necesario saber cuales podrían ser los métodos. considerable espacio vacío entre los granos de S°. puede indicar su formación desde la oxidación del gas H2S disuelto.5 muestran los cambios de tensión interfacial entre solución/S° y ángulo de contacto entre S°/solución/calcopirita. respectivamente.4 y 4. donse se observa que el Cu de los sulfuros de Cu-S. Condiciones similares a la de la tabla anterior(Dreisinger).8S) Covelina Blaubleiblender (Cu1+XS) Covelina(CuS) A continuación se detalla las reacciones de las dos etapas: 1° Etapa. ambas etapas pueden ocurrir simultaneamente (figura 4.1 92 Ortofenilenediamina 0. reacción anódica CuS = Cu(II) + S° + 2e (4. . dejando un residuo de azufre elemental.. A bajas temperaturas (<30°C.2 Covelina (CuS). Reacción ánodica Cu2S = CuS + Cu(I) + e (4. En la figura 4. de acuerdo al siguiente orden: Calcosina(Cu2S) Digenita(Cu1.3 148 Lignosulfonato de Sodio 0.1 146 Lignosulfonato de Calcio 0. con la reacción de oxidación ocurriendo en la interfase Cu2S/CuS y la reaación de reducción en la misma interfase e inclusive en la de CuS/solución (figura 4. sin embargo.La covelina es el sulfuro con mayor porcentaje de cobre en su molécula. El mecanismo y las reacciones de esta etapa corresponden al de la covelina vista en el punto anterior.9. es decir.. siendo mucho más lenta que la primera.15) prácticamente ambas etapas de lixiviación ocurren en forma separadamente.. Esta especie es atacada en medio oxidante mediante la semireacción (4. a temperaturas más altas. la calcosina va transformándose en una serie de compuestos deficientes en cobre.3 Calcosina (Cu2S). En la primera etapa de lixiviación.La lixiviación de esta esta especie ocurre en dos etapas.58) 2° Etapa. ° 0 69 Lignosulfonato de Calcio 0.15).16 se presenta el diagrama Eh-pH del sistema Cu-S-H2O. primero ocurre la formáción de la covelina (cinética más rápida) y posteriormente la disolución de ésta última.57) 4.5 Efecto del surfactante sobre el ángulo de contacto entre el azufre líquido y la calcopirita.14-a). Surfactante Ninguno Concentración. en la primera forma se transforma en covelina y en la segunda ocurre la lixiviación de esta especie formada. según figura 4. sólo se puede extraer en medio ácido-oxidante.Esta etapa corresponde a la lixiviación de la covelina y a la formación de S°..2 41 Tabla 4.3 157 Ortofenilenediamina 0.Aquí ocurre la transformación de la calcosina en covelina.Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza 68 Ortofenilenediamina 0.57).9. sin presencia de acomplejantes. En esta etapa se libera un un átomo de cobre de la molécula y se disuelve prácticamente el 50% de Cu inicial.2 133 4. lo que está de acuerdo con los resultados prácticos. g/l Angulo de contacto.14-b y 4. 14 Mecanismo de la lixiviación de la calcosina.15 Lixiviación de la calcosina. 4.2M HCl.69 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza solución solución microzona catódica Ox Red Cu2S CuS Ox microzona catódica Red Cu2S CuS S° e - e - e - Cu(I) microzona anódica Cu(I) a) baja temperatura Cu(I) microzonas anódicas b) alta temperatura Fig.5M FeCl3. Fig. 0. . 0. Fe3+/Fe2+=10(King). 4. 4. siendo esta especie la mayor creadora de ácido sulfúrico. observándose que en medio ácido la oxidación de la pirita produce Fe2+.17 Diagrama Eh-pH del sistema Fe-S-H2O. que se ha reportado. debido principalmente a que es la especie predominante en el mineral y en los concentrados producidos.6 Eh.5 Eh.46 y 4.. Holmes).Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza 70 1.1M y 25ºC. [Fe]=0. 4. no pasa al estado elemental.1 Fe3+ 0. se muestra el diagrama Eh-pH del sistema Fe-S-H2O.9 0. 1.59) En la figura 4.3 Cuº Cu2S -0. también existe parte del azufre que pasa al estado elemental de acuerdo a la siguiente semireacción: FeS2 = Fe(II) + 2S° + 2e (4.9 2+ Cu 0.1M.9. La lixiviación necesita de altas temperaturas (> 100ºC) y a veces de sistemas a altas . de acuerdo a las reacciones 4. Cu2+.1 -0..3 Cu2O CuS 0 -0. además.9 0 2 4 6 pH 8 10 12 14 Fig. O2.4 Pirita (FeS2).17. [S]=10-5M y 25ºC. lo que está de acuerdo con lo observado en la práctica.5 Calcopirita (CuFeS2). sino forma sulfato(Schippers.16 Diagrama Eh-pH del sistema Cu-S-H2O.3 Fe2+ Fe(OH)3 0. 4.3 FeS2 -0. que la mayor parte de la oxidación de su azufre. 4. Sin embargo.9 0 2 4 6 pH 8 10 12 14 Fig.5 Fe(OH) 2 FeS -0.7 Feº -0. concentración de especies 0.Esta especie presenta una cinética de lixiviación lenta.Normalmente la lixiviación de este mineral se realiza en medio ácido y se usan como agentes oxidantes al Fe3+.2 0.9. V CuO 0. V 0.1 Fe2+ -0.6 Cuº -0.47.7 0. 4 Fe2+ Fe(OH)2 Cu5 FeS4 H2S -0.61) 1992) Otros estudios . La disolución de la calcopirita en medio ácido ocurre de acuerdo a la siguiente semireacción: CuFeS2 = Cu(II) + Fe(II) + 2Sº + 4e (4.9. V 0.0 0 2 4 6 pH 8 10 12 14 Fig. su cinética es mucho más lenta en comparación a la calcosina.. Esta especie ha sido mucho menos estudiada. siendo la primera de ellas de cinética muy rápida.62) Estos productos intermedios tendrían justificación termodinámica.0 Cu° -0.6 Bornita (Cu5FeS4). de = 0. que durante la lixiviación se forma una fase intermedia de CuS. calcosina. y es relativamente acelerada a temperaturas mayores a 50°C. alcanzándose a aproximadamente un 27 a 28% de extracción de Cu.8 0. pero si la lixiviación es efectuada en pilas a temperaturas moderadas y en presencia de bacterias.63) . Se reporta también. cubanita y S°. como productos intermedios. que entre ambas etapas existe un periodo de transición entre 28 a 40% de extracción de Cu. se propone el Cu y Fe en la calcopirita están al estado +2. concentración de especies 0.18 Diagrama Eh-pH del sistema Cu-Fe-S-H2O.75CuS + 0.60) Algunos investigadores indican(Dutrizac acuerdo a la siguiente reacción: CuFeS2 1992) . 4. 1. han identificado covelina. siendo marcado este rango a temperaturas menores a 40°C(Pesic 1983). tal como se observa en la figura 4.2 1.1M y 25ºC.4 CuS2 Eh.18. estos productos pueden ser generalizados por la siguiente reacción general: CuFeS2 = Cu1-xFe1-yS2-z + xCu(II) + yFe(II) + zSº + (2x+3y)e (4. La segunda etapa es demasiada lenta en comparación a la primera.25Cu(II) + Fe(II) + 1.5e (Dutrizac (4. se encuentra rodeado de diversas especies de Cu/Fe/S durante la lixiviación ácida.25Sº + 2.6 CuFeS2 Feº + Cu° -0. donde se tiene la formación de la idaita (Cu3FeS4) (figura 4. para que la disolución ocurra en horas. la lixiviación dura meses y hasta años para extracciones atractativas.2 FeS2 + Cu(OH) CuS 0.Este mineral es a menudo asociado a los minerales de sulfuros de cobre y puede ser encontrado en equilibrio con las dos especies más comunes.6 Fe(OH) 3 Fe2+ Cu(OH) 2 0. como la calcopirita y la calcosita.2 CuS2 -0. necesitándose del uso de acomplejantes (tal como el cloruro) para acelerar su disolución.Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza 71 presiones (autoclaves). en comparación a otros minerales de Cu.19). Su disolución ocurre a través de dos etapas. Por la experiencia del autor.0 Fe3+ Cu2+ 0. 4.8 FeS -1. donde se observa que la calcopirita. bornita. 1° etapa Cu5FeS4 = Cu3FeS4 + 2Cu(II) + 4e (4. .+ 4H+ + e (4. tal como se muestra en la figura 4.7 Oropimente y realgar (As2S3.21. como se observa la disolución termodinámica del As2S3 empieza a aproximadamente un pH=7. se muestra el diagrama de especies del sistema As-S. la disolución presenta la formación de especies tioarsenitos.65) + AsS + 3H2O = H3AsO3 + S° + 3H + 3e (4. .Estas especies necesitan oxidantes para su disolución en medio ácido.20. AsS).66) Estas especies de arsénico. lo cual se comprueba experimentalmente. se disuelven con mucha mayor facilidad. en medio alcalino.CuFeS2) Fig. efecto de la temperatura(Ugarte). lo que ocurre según una disolución química.72 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza 2° etapa Cu3FeS4 = 3Cu(II) + Fe(II) + 4S° + 8e (4. según la siguiente semireacción: AsS + 2H2O = AsO2S3.64) Otros investigadores. 4. la disolución es del tipo electroquímica.+ 6H+ 3- + 3- AsO2S (4. esto debido a que a pH básicos las especies tioarsenitos son estables. para el caso del oropimente se tiene las siguientes reacciones de disolución: + 3H2O = AsS33- As2S3 As2S3 + 3H2O = AsOS2 + AsO3S3. produciéndose su disoluciones a través de las siguientes semireacciones: As2S3 + 6H2O = 2H3AsO3 + 3S° + 6H+ + 6e (4. han reportado la presencia de covelina y calcopirita como productos intermedios.68) Para el caso del realgar. principalmente por la no formación de S° y sin necesidad de la presencia de oxidantes.19 Lixiviación de la bornita. 4.69) En la figura 4.9. lo que puede justificarse si la idaita se representa como (2CuS.67) + + 6H (4. En este medio. concentración 0.01 H3As 3S6 0 0 2 4 6 8 10 12 14 pH Fig.06 HAsO3 As 2S3(S) 0. como hidrometalúrgica.01M y 25ºC. inclusive en presencia de bacterias. e inclusive puede llegar a ser la especie mayoritaria..05 0.07 AsO3 3- 0.20 Diagrama Eh-pH del sistema As-S-H2O. concentración de [AsT=0.21 Diagrama de distribución de especies de los arsenitos y tioarsenitos a 25ºC en función del pH a 25ºC. 4. La enargita a veces se encuentra en los concentrados. Por lo anterior.03 0. mol/lt 0. esta compuesta por la siguiente estructura: Cu3AsS4 = 2CuS ½Cu2S ½As2S3 (4.9 0 2 4 6 pH 8 10 12 14 Fig. ya sea vía pirometalúrgica.9 H 3A sO4 Eh.08 especies de arsenito. 0.3 -0.9.A causa de la presencia de As en esta especie mineralógica. V 0. su presencia se hace indeseable en la mena. actualmente se sigue investigando el control del As. desde estos concentrados.3 2- AsO4 As 2S3 0 3- -0. P(H2S)=0.04 As 3S6 2- 3- 0. en niveles que son negativos desde el punto de vista ambiental.1M. Últimamente se ha planteado que su estructura de esta especie.001atm.70) La enargita presenta una lenta disolución en medio ácido oxidante. 4.Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza 73 1.8 Enargita (Cu3AsS4). 4.71) .02 0.2 0.6 H2AsO4 - HAsO4 As 2O3 0. siendo la reacción de disolución en presencia de Fe3+ la siguiente: Cu3AsS4 + 4H2O = 3Cu(II) + H3AsO4 + 4So + 5H+ + 11e (4.6 AsS Asº -0. 4. el medio normalmente usado es el sulfato. de estudios relacionados a fijación del As en un compuesto estable en este medio.6 -0. ya sea como mezclas o en forma individual.2 1 1 0.10 8 9 10 11 12 13 14 PbS Pb 0 1 2 3 4 5 6 7 pH 8 9 10 11 12 13 14 b) Pb-S-H2O Fig.23. en especial el de la calcopirita.2 1. en un medio oxidante.8 PbO2 0. para descartar posteriormente el As y no perder el Cu asociado a la enargita. debido principalmente al alto consumo de NaOH. Años atrás han aparecido escasas y puntuales publicaciones. es deseable una extracción selectiva del As vía hidrometalúrgica. siendo la cinética de extracción extremadamente rápidas (< 1h). por lo que se prefiere el medio cloruro para la disolución de este mineral. bornita. no es apropiado debido a la inestabilidad de este precipitado.4 Pb3O4 Eh. al incrementar la concentración de Fe(II).9. el que depende del %As inicial en el concentrado. necesitándose de mayores estudios. a causa de que una simple disminución del pH para precipitar el As2S3. no podían explicar este fenómeno (Pesic 1984).De acuerdo a la figura 4. pirita. la galena debería disolver en medio ácido.8 0 1 2 3 4 5 6 7 pH a) Pb-H2O 4. que detectaban un aumento de la disolución de Cu. el que es insoluble.4 Eh. sin embargo. inclusive todas las aplicaciones industriales se realizan en este medio.22-b. la reacción de disolución es la siguiente: Cu3AsS4 = 2CuS ½Cu2S(sólido) + ½As2S3 (solución) (4. 4. . sin embargo.6 0.9 Galena.8 0. etc. el tratamiento del concentrado a una lixiviación en caliente con soluciones concentradas de NaOH/NaHS. pero aún así. los estudios de lixiviación de los sulfuros se ha realizado en su gran mayoría. las publicaciones iniciales de esta materia.6 PbSO4 2+ Pb 0. necesitándose además.22-a. para lograr este objetivo. Bajo estas condiciones la solubilidad máxima del As es de 225 g/l. V PbO2 - 0.4 Pb -0. tal como se observa en la figura 4. En la actualidad. en soluciones concentradas de NaOH. En este medio.2 -0.4 -0.22 Diagrama Eh-pH del Pb-H2O. tiene un costo asociado. V 0. han aumentado las publicaciones de la lixiviación de estas especies sulfuradas en este medio. Inclusive. calcopirita.6 -0. desde minerales sulfurados que presentan en su estructura a este elemento.2 -0.8 -0. Lixiviación reductora de los sulfuros de Fe en medio ácido Hasta la actualidad. tal como se verá más adelante.2 PbO 0 HPbO2 Pb3O4 0. por lo que a continuación se realiza un resumen detallado del medio reductor de los sulfuros nombrados.2 HPbO2 0 - PbO -0.72) Aunque este método ha sido usado a nivel industrial para purificar concentrados. sobre la disolución de fierro en medio ácido/reductor.Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza 74 Algunas veces. donde se forma el sólido PbSO4. tales como.. a juicio del autor. 1. podría ser más atractiva que el medio oxidante. tal como se muestra en la figura 4. si se piensa sacar provecho de este efecto a nivel industrial. es escasa las investigaciones en este medio. la lixiviación reductora de los sulfuros de Fe. siendo el único proceso posible. El sustento termodinámico para la ocurrencia de la disolución del fierro. Esto explicaría que la mayoría de investigaciones realizadas a los sulfuros de Cu y Fe. se formaría un residuo de jurleita (Cu1. pero no de Cu(Dreisinger 2002). En las ecuaciones 4.73) (4. donde se observa que en medio ácido/reductor. Perpich.74) (4. Warren). Fe(III)). 2CuFeS2 + 6H+ + 2e = Cu2S + 2Fe2+ + 3H2S + 2+ FeS2 + 4H + 2e = Fe + 2H2S 2Cu5FeS4 + 6H+ + 2e = 5Cu2S + 2Fe2+ + 3H2S (4. debido a que esta especie presenta una mucha mayor cinética de disolución intrínseca en comparación a la calcopirita. Hiroyoshi) de acuerdo a la sección 4. .75 se presentan las reacciones que sufren las diferentes especies de sulfuros de Fe en medio reductor. sin embargo.96S).75 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza Fig.3. bornita. no presentarán un aumento de la extracción de Cu.73 a 4. además de que físicamente es porosa (Dreisinger 2002. aunque en ambos casos se está dando la formación de Cu2S. donde se observa que la disolución de Cu desde calcopirita en presencia de Fe(II) es apreciable cuando hay presencia de oxígeno en el sistema.18. se encuentra en las figuras 4. cubanita. que por simplicidad es indicada como Cu2S. se tiene una disolución selectiva del Fe. respectivamente. Desde un punto de vista disolutivo. por lo que no haya sido atractivo investigar el medio reductor. del gas H2S y en el caso que el sulfuro tenga Cu en su estructura (tal como la calcopirita. el Cu2S formado es mucho más apropiado. tal como se muestra en la figura 4. si se tiene la presencia de un oxidante en forma controlada (O2. idaita. lo que le confiere mayor cinética en comparación a una calcosina fresca.9.17 y 4. se disuelven produciendo en solución las especies Fe2+ y H2S. 4.23 Efecto de la adición inicial de sulfato ferroso en la lixiviación de la bornita(Pesic 1984). pero en presencia de N 2 la extracción de Cu es prácticamente nula.75) De acuerdo a estas reacciones. observándose claramente la generación de Fe2+. Cu(II).27. etc). al aumentar la concentración Fe(II). la pirita y calcopirita. si las especies mineralógicas nombradas son expuestas a un medio reductor. pude ocurrir en forma paralela la disolución del Cu 2S formado(Sohn. es mayor que en medio oxidante. si en medio reductor no existe la presencia de alguna especie oxidante. la disolución Cu en la presencia moderada de algún oxidante.25 Representación de la disolución de Cu desde la calcopirita en función de su potencial de reposo. destacándose 4 regiones.26 se presenta la curva de polarización de la calcopirita. Oxidante Lix.24 Influencia de un oxidante moderado en la extracción de Cu. II (transiente). En la figura 4. comportamiento que deberían tener todos los sulfuros de Cu.76 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza Fig. Reductora ECp Eox EC Erep Fig. . Fe(III).25. Fe y S. desde la lixiviación reductora de la calcopirita(Hiroyoshi Copper 99) En la figura 4. 4. ocurrirá sólo la transformación de la calcopirita a calcosina. etc. ocurriendo paralelamente la formación y disolución de la calcosina. Disolución Cu Oxidación fuerte (Formación de S°) Oxidación Moderada (Transformación a Cu2S y su lixiviación paralela) Ningún Oxidante (Transformación a Cu2S) Lix. observándose que en la presencia de Fe(II) y Cu(II). IV (trans-pasiva). se tiene la forma de la campana descrita en la figura 4. sin embargo. III (pasiva). Cu(II). Se observa que en medio reductor. 4.25 se presenta en forma cualitativa. como pueden ser el O2. la variación de la disolución de Cu en función del potencial de reposo de la calcopirita.: I (activa). También se ha determinado que la calcopirita se transforma a bornita como compuesto intermedio(Sohn). también se ha informado la formación intermedia de los siguientes compuestos: talnakhite (Cu9Fe8S16) y mooihoekite (Cu9Fe9S16). 4. procede de acuerdo a las siguientes reacciones(Hiroyoshi 2000): CuFeS2 + 3Cu2+ + 3e = 2Cu2S + Fe3+ 3Fe2+ = 3Fe3+ + 3e (semereacción de reducción) (semireacción de oxidación) (4.1M.76) (4. presentándose en la figura 4. en presencia de SO2 y Cu2+.77 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza Fig. atmósfera de N2(Hiroyosihi 2004). H2SO4 0. razón molar Cu2+/CuFeS2 3. 1% sólidos. T 90°C. de acuerdo a las siguientes reacciones: Reacciones catódicas 2CuFeS2 + 3Cu2+ + 4e = Cu5FeS4 + Fe2+ Cu5FeS4 + 3Cu2+ + 4e = 4Cu2S + Fe2+ (4. P(SO2) 1 atm. 4. en presencia de Fe(II) y Cu(II).78 Fig.26 los cambios secuenciales ocurridos.96S)(Sohn).(Sohn) Se ha reportado que la lixiviación reductora de la calcopirita.77) Reacción anódica SO2 + 2H2O = 3H+ + HSO4.+ 2e (4.26 Efecto de los iones ferrosos y cúpricos en la curva de polarización de la calcopirita. T 25°C.80) .79) (4.27 Secuencia de fases sólidas formadas durante la reducción de la calcopirita. y como producto final a la djurleita (Cu1. Para la calcopirita. no hace ninguna explicación para dicho aumento.26. han sido diversas.81). se tiene las siguientes transformaciones: Calcopirita → Calcosina → Cu2+ Para interpretar la lixiviación de la calcopirita con ferroso. Al(Lapidus). es importante que exista una región de potencial donde ocurran paralelamente la reducción de la calcopirita a calcosina y la oxidación de esta última. también se ha reportado que razones de Fe(II)/Fe(III)>10 (mol/l). se ha reportado que hasta una razón de Fe(II)/Fe(III)<10 (mol/l) en medio N2. se tiene la disolución de la calcosina formada. Dreisinger).3. Cu. aunque se debe aclarar. es decir: Eox < Erep < Ec Donde Erep es el potencial de reposo de la calcoprita.9. Si el oxidante fuera el Fe(III). Codelco Norte). se debe considerar adicionalmente el efecto galvánico. debiendo indicarse que en el caso de reductores sólidos. tiene efectos perjudiciales en la presencia de concentraciones apropiadas de Fe(II). se tiene que bajo el medio reductor y en presencia de un agente oxidante. tal como se describe en la sección 4. no tiene incidencia en la disolución de Cu en la calcopirita(Hirato). Por ejemplo. 2002). Otro ejemplo de la ocurrencia de la lixiviación reductora a nivel industrial (Chuquicamata. lo que es positivo para la reducción. que este autor. Las especies que se han utilizado como reductores. ocurriendo en forma espontánea una disminución del potencial en forma natural. En lixiviación en pílas. como por ejemplo: Fe° (Sanchez.83) ecuación que también representa la reacción de ataque total de la calcopirita en un medio oxidante. En base a lo anterior. De acuerdo a esto. SO2(Perpich. Hiroyoshi. sin embargo. Fe(Dreisinger. en los núcleos de los minerales sin reaccionar. tiene un efecto positivo en la extracción de Cu. como el O2 o Fe(III). momento en el cual se presentaban una generación de Fe(II) en solución y la emanación de H2S. es el ocurrido. esto debido a la mayor generación de Fe(III) (Hiroyoshi 1999. Sohn). Eox es el potencial de oxidación de la calcosina y Ec es el potencial critico para la transformación de la calcopirita a calcosina. en la separación de la enargita desde un concentrado de Cu. donde existen zonas de bajo potencial(Bartlett.78 CuFeS2 + 3Cu2+ + 3Fe2+ = 2Cu2S + 4Fe3+ Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza (reacción total) (4. según la siguiente reacción total: 2Cu2S + 8Fe3+ = 4Cu2+ + 8Fe2+ + 2S° (4. se ha reportado un aumento de la cantidad de sulfuros primarios desde la calcopirita y pirita. el que contenía especies de calcopirita y pirita. en este proceso se acidificaba la pulpa inicial de pH 10 a 12. obtendríamos. la siguiente reacción global: CuFeS2 + 4Fe3+ = Cu2+ + 5Fe2+ + S° (4. Fe(II)(Pesic. Otros estudios indican que la lixiviación de la calcopirita en presencia de bacterias. cualquier reductor.81) Luego el Cu2S formado es oxidado por algún oxidante presente (en forma moderada). aún en una atmósfera de N2(Hiroyoshi). . Elsherief). podría causar el ataque de los sulfuros de fierro. libro).82) si combinamos está última reacción con la (4. Third). tal como se observa en la figura 4. las que detallamos a continuación: 4. donde se combinan los siguientes campos: microbiología (especialmente geomicrobiología). ambos inducidos por la presencia de bacterias. ocurre por efectos simultáneos. lípidos y carbohidratos. existiendo bibliografías pertinentes que se dedican en profundidad a este tema. geología. sin embargo. el cual describe la disolución de óxidos. tal como el oxalato.1 Clasificación de las bacterias.79 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza -200 1000 800 -300 600 -350 FeT. así como por la concentración superficial de ligandos acomplejantes apropiados. para formar sus propios nutrientes. 4. 4. a partir del CO2. (2) reacciones de oxidación y reducción (3) la excreción de agentes acomplejantes.1 Según su modo de nutrirse Autotróficas: son aquellas que son capaces de sintetizar todos sus nutrientes. El área de la biohidrometalurgia. En general.11 Influencia de las bacterias(Brandl) Con respecto a la biolixiviación y su influencia en lixiviación. En pilas y botaderos.Las bacterias se clasifican de diferentes modos. biotecnología. Heterotróficas: las que requieren de carbohidratos. por acidificación de la superficie mineral. complejos y quelatos. el que puede ser formado por microorganismos oxidantes desde azufre tal como el thiobacillus. los que participan activamente en estos procesos son únicamente las bacterias. ha sido desarrollado. ingeniería química e ingeniería en minería. malonato. cubre la biolixiviación o el proceso de biominería. En el caso del Cu. el sulfuro del cobre es microbiológicamente oxidado a sulfato de cobre. Las bacterias. . mV(Ag/AgCl) -250 400 -400 200 -450 -500 0 2 4 6 pH 8 10 12 Fig. mg/l Eh. 4. La biohidrometalurgia representa un campo multidisciplinario. fundamentalmente bacterias y hongos. citrato y succinato.1. La solubilización del mineral. mineralogía. de los ligandos y acidez presentes. El ácido sulfúrico es el principal ácido inorgánico en lixiviación. como la glucosa. como proteínas. es posible aislar microorganismos.11. Debido al metabolismo de las bacterias (así como por hongos). la biolixiviación es un proceso que trata de la “disolución de metales desde su fuente mineral por la presencia de ciertos microorganismos” o “el uso de microorganismos para transformar elementos a especies que puedan ser extraídos desde un material cuando se filtra agua a través de ellos. con un tamaño del orden de 1μ. estas se tratarán aquí en forma general.11. Un modelo cinético de la química de coordinación de la solubilización de minerales.. son capaces de disolver metales por (1) la formación de ácidos orgánicos o inorgánicos. hidrometalurgia.28 Aparición del Fe(II) en solución y potencial redox al disminuir el pH. geoquímica. se producen ácidos orgánicos. La adsorción de las células a las partículas de mineral tiene lugar en minutos u horas. En este caso. puede ser nuevamente oxidado microbiológicamente. que ninguna de este tipo de bacterias participan en la oxidación de los minerales. particularmente interesantes en concentrados de calcopirita y enargita. El ión férrico puede oxidar los sulfuros metálicos. ya sea en pilas. han sido propuestas y se usan más bien en la lixiviación de concentrados en reactores de temperatura controlada. °C Especie / (T óptima. (2) La oxidación o reducción de los metales a través de un mecanismo indirecto.7.11.80 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza Mixotróficas: son aquellas que tienen la habilidad de formar sus propios nutrientes. cuando las temperaturas han subido a causa de las reacciones exotérmicas de los sulfuros. a partir del CO2 y de los carbohidratos. como el Fe 3+. Facultativas: las que tienen la habilidad de poder desarrollarse. Mesófilas: son las que se desarrollan bien. que el mecanismo de oxidación directa. Según su modo de respirar Aeróbicas: las que requieren de O2 para su respiración. ocupando preferencialmente irregularidades de la estructura de la superficie.. y es reducido a ión ferroso. son más frecuentes en zonas de aguas termales. raramente se dan en operaciones de lixiviación natural. para la disolución de metales. sólo ocasionalmente se les encuentra en botaderos y lixiviaciones in-situ. en un rango entre 60 y 80°C. se lleva a cabo a través de un metal disuelto. de acuerdo a la reacción 4. a los géneros sulfolobus.las que trabajan óptimamente. 4. Tabla 4. es despreciable en presencia de bacterias. botaderos o in situ.2 4. (1) Los microorganismos pueden oxidar los sulfuros metálicos.l entre 20 a 35°C.11. compuesto presente en los minerales. acidianus. . por un mecanismo directo. tanto en medios aeróbicos como anaeróbicos. pertenecen en general. en reactores de temperatura controlada.2 Mecanismos de la biolixiviación. debiendo aclararse.. a los géneros sulfobacilus y leptospirilum. Moderadamente termófilas: son aquellas cuyo mejor comportamiento se da entre 45 a 60°C. que no es necesario un contacto físico directo para la oxidación del fierro.11. obteniendo los electrones directamente desde la reducción del mineral. el cual a su vez. han sido aisladas en las zonas húmedas de los propios yacimientos y normalmente están adaptadas al mineral específico. Se debe aclarar.Se han propuesto un modelo con dos tipos de mecanismos. el fierro juega un papel de transportador de electrones. Anaeróbicas: las que se desarrollan en medios ausentes de O2. Extremadamente termófilas. a temperaturas próximas al ambiente. pertenecen en general.6 Clasificación de las bacterias de acuerdo a la resistencia a la temperatura. proponiéndose. el cual se origina desde la oxidación del ión ferroso Fe2+. Las células se encuentran unidas a la superficie del mineral y un contacto íntimo es necesario. Son las más habituales en las lixiviaciones desde minerales.3 Clasificación Rango Temperatura. Pertenecen a los géneros thiobacilus y leptospirilum. Según su temperatura de acción Criófilas: son las que actúan a temperaturas incluso bajo 0°C. geyseres y volcanismos recientes.1. geyseres y zonas de volcanismo reciente.1. °C) Thiobacillus ferrooxidans (20-35) Mesófila 10 – 50 Thiobacillus thiooxidans (20-35) Leptospirillum Sulfolobus ácido caldarius (55-85) Sulfolobus like termófilas (45-80) Sulfobacillus termosulfioxidans (50-120) Termófila 40 -120 Thiobacilus like TH3 (45-70) Archaebacteria (85-110) Pirodictum accultum (70-100) Metallosphaera ácidanus sulfurococcus 4. metallosphera y sulfurococcus. Han sido exitosas en la lixiviación de concentrados de flotación. debido a O 2. se las han aislado a partir de aguas termales sulfurosas. durante su crecimiento sobre los films de pirita sintética. está aún bajo discusión. Todos los factores han sido combinados y un mecanismo ha sido desarrollado. El indicar la importancia de la unión bacterial a la superficie del Las siguientes ecuaciones describen los mecanismos directo e indirecto para la oxidación química de la pirita M. directo FeS2 + H2O +3.+ 2H+ (4. propuesto anteriormente con conceptos resultantes de debate sobre los mecanismos de lixiviación directo/indirecto. Tiosulfato y trazas de sulfito. (4) se forma tiosulfato como producto intermedio. . no es término “lixiviación por contacto”. MeS: sulfuro metálico Se ha reportado que la presencia de superficies sulfuradas. indirecto tiobacilo Fe2+ + 2SO42. durante la oxidación de los compuestos de azufre. estos son parte del mecanismo del ataque primario. han sido identificados como reservas de energía en la cápsula exopolimérica alrededor de las células de thiobacilus ferrooxidans.5O + 14H 14Fe + 7H O T. Fig. directo domina sobre el indirecto. ferrooxida nt T.75) (4. 4. han sido encontradas como compuestos intermedios.30 se muestra un esquema del modelo. (5) gránulos de azufre o politionato. los que acomplejan a los residuos de ácido glucurónico (C6H12O7). con respecto a su formación en el seno de la solución(Gehrke). son dejadas sobre la superficie del mineral en la desunión de la bacteria. Cyt: citocromo. C: citoplasma. que el modelo de los mecanismos directo e indirecto. Sin embargo. Los gránulos de azufre (azufre coloidal). una indicación. para mineral.73) nt. son formados en el espacio periplasmático o en envoltura de la célula. durante a oxidación del azufre. 4. Huellas de films orgánicos conteniendo azufre coloidal. para la existencia de un mecanismo directo. este modelo ha sido revisado y remplazado por otro. el cual no es dependiente sobre la diferenciación entre un mecanismo directo e indirecto. Recientemente. PS: espacio periplasmático.81 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza a) mecanismo directo b) mecanismo indirecto Fig. En la figura 4. L.74) (4. En muchos casos. se concluye que el mecanismo observada para la oxidación de covelita o pirita en estudios la unión de los microorganismos sobre las superficies.29 Mecanismos propuestos en la lixiviación bacterial. ferrooxida 15Fe + Oxidación química 14Fe + 3. esta dominación ha sido empleando bacterias mesofílicas y termofílicas. el cual tiene las siguientes características: (1) las células se unen a los minerales y están en contacto físico con la superficie. hasta en 10 veces.30 Esquema de modelo del mecanismo de biolixiviación. el que combina la secuencia de transporte de electrones. aumenta la producción de los exopolímeros. tiooxidant 2S° + 3O + H O 2H SO FeS2 + 8H2O + 14Fe3+ 2+ + 2 2 2+ 2 3+ 2 4 2 2SO42.5O2 M. (3) estos exopolímeros envuelven la célula y contienen compuestos de fierro férrico. (2) las células forman y excretan exopolímeros. OM: membrana externa. EP: exopolimeros.+ 16H+ (4.76) Se debe aclarar. ha sido introducido. sugiriéndose. se encuentra en el rango de 3 a 7 ppm. disminuye la velocidad de oxidación de la pirita en cultivos de sulfolobus. La coprecipitación de metales. . que el thiobacillus caldos. los que son enumerados en la tabla 4. Consecuentemente. los cuales son agregados aguas abajo del proceso de biolixiviación. Densidades de pulpa de 20 g/l. es un requisito importante. 4. sobre los minerales sulfurados. La oxidación de los metales. el crecimiento del thiobacillus ferrooxidans. inhiben casi completamente la oxidación de la covelita por thiobacillus ferrooxidans especialmente en la ausencia de Fe(II). cuando la solución spent. mejorando así. son las principales especies intermedias. El hecho es de especial importancia. donde la estructura del mineral es el factor determinante para el tipo de mecanismo que prevalece. Los solventes orgánicos.7. podría también conducir a problemas de inhibición. La presencia de Fe(III) al inicio de la degradación del mineral. también pueden mostrar efectos inhibidores en la disolución de los metales: concentraciones de CO2 en el medio acuoso >10 ppm inhibe el crecimiento del Thiobacillus ferrooxidans sobre la mena de pirita-arsenopirita-pirrotita. Se tiene la hipótesis. puede inhibir el crecimiento microbial. afectan la cinética y eficiencia del proceso. puede hacer el material sólido inaccesible para la lixiviación bacterial. En el “mecanismo del tiosulfato“. debido a que estos reactivos afectan el crecimiento de los microorganismos. Los pesticidas industriales. a través de la formación del complejo cisteina-pirita. de los compuestos intermedios formados. La presencia de ciertos metales. se ha reportado que el isopropil xantato y el Lix-984. el pH y tamaño de partícula. Como ejemplos. el arsénico agregado a los cultivos. Bajo condiciones naturales. Los pesticidas pueden agregarse externamente. polisulfuros y azufre elemental. Incrementos de la densidad de pulpa de 30 a 100 g/l.3 Factores que influyen en la biolixiviación. Las partículas de cuarzo a densidades de pulpa de 80 g/l. perjudicando así. tales como la presencia de compuestos orgánicos. Tabla 4. sobre la superficie de los minerales. debido a la excreción de compuestos orgánicos. agentes tensoactivos. podría aumentar. por ejemplo. las propiedades de los sólidos a ser lixiviados son de mayor importancia. Las concentraciones óptimas del CO2. es la adición de aminoácidos conteniendo azufre. fueron identificados como los factores que más influyen en la lixiviación de la pirita por sulfolobus ácidocaldarius. la interacción entre la bacteria y el mineral (Huerta). se han propuesto dos mecanismos de lixiviación. estimula el crecimiento de organismos heterotróficos en los ambientes de lixiviación. los que facilitan la oxidación del azufre elemental. es reciclado para su reuso. que algunos compuestos tensoactivos y solventes orgánicos. que una alternativa barata para incrementar la disolución desde una pila. son apropiados para el debilitamiento y rompimiento de enlaces químicos.1 c.La biolixiviación de metales en ambientes ácidos. la eficiencia de lixiviación del manganeso. Existen reportes sobre la simulación de lixiviación bacterial y el incremento de las velocidades de disolución. la densidad de pulpa. conduce a cambios en la tensión superficial. Recientemente. que los microorganismos.7 Factores y parámetros que influyen en biolixiviación de minerales. tales como la jarosita pueden reducir la eficiencia de lixiviación.. esto podría resultar.82 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza Desde el punto de vista. La presencia de biotensoactivos. pueden reducir la lixiviación de los óxidos de manganeso. inhiben las reacciones de biolixiviación y previenen la unión bacterial. puede ser inhibida por una variedad de factores. el tiosulfato es el principal producto intermedio. y así. a través de los microorganismos acidofílicos. respectivamente. podrían aumentar la eficiencia de lixiviación. Algunos metabolitos excretados por los thiobacillus. tales como mezclas de fosfolípidos y lípidos neutros. por thiobacillus ferrooxidans. retardan el inicio de biolixiviación de la pirita derivada de carbón. Los factores fisicoquímicos como microbiológicos del ambiente de lixiviación. Los compuestos gaseosos. en el “mecanismo del polisulfuro”. También existe evidencia. por la excreción de metabolitos conteniendo cisteina. usados en flotación y SX. reduciendo la eficiencia de disolución. inhibe el crecimiento del sulfolobus ácidocaldarius sobre la pirita o arsenopirita. son detallados en la sección 4. debido a la formación de agentes humectantes.10. es influenciado por una serie de factores. ha sido demostrado que la adición de pequeñas cantidades de aminoácidos (cisteina en este caso. Por ejemplo. por la formación de agentes tensoactivos. tales como los usados en flotación o extracción por solventes. Ambos mecanismos. Se ha sugerido. la desorción del metal desde los sólidos. los que ayudan a la solubilización del azufre sólido. previenen la lixiviación de la pirita y calcopirita por thiobacillus ferrooxidans. La precipitación de compuestos presentes en la solución.11. además. resultando en un incremento en la movilidad del metal en el medio poroso. es apoyado por la excreción de metabolitos actuando como biotensoactivos. resulta en un incremento de la corrosión de la pirita. como inhibidores selectivos para suprimir organismos indeseados. C3H7O2NS). tal como la cisteina. por soluciones suplementarias con CO2. solventes o metales específicos. 4 Unión bacterial sobre la superficie mineral. 4..5 Influencia de las bacterias en la generación drenaje ácido de mina(Cotorás). ocurre en dos etapas. conduciendo a la interacción con la superficie del mineral. . previenen la unión de la célula. donde los enlaces químicos entre las células y el mineral. los que se encuentra enlazados a los iones férricos (Gehrke). excretados por la oxidación del azufre. incluye ácidos del ciclo TCA. Las interacciones entre los microorganismos y la superficie del mineral. A causa del bajo pH. solo ocurre cuando esta. pueden ser estabilizados (por ejemplo. es caracterizado por una sorción química. dump.11. Se concluye. queda claro el rol positivo de las bacterias en la minería. mientras que compuestos con alto peso molecular.. debido a fuerzas electroestáticas. por lo tanto. las células se encuentran envueltas por cargas positivas.11. Se ha reportado que la unión de la bacteria. resultando en una disminución de la eficiencia de la lixiviación. que se presenta en los ambientes de lixiviación. etc. Sin embargo. juegan un papel importante en la unión del Thiobacillus a la superficie del mineral. provenientes de los exopolímeros. que un contacto directo entre las bacterias y la superficie del sólido. desde el punto de vista disolutivo.Se sabe que la formación de sustancias poliméricas extracelulares.De acuerdo a lo presentado anteriormente. aminoácidos. ha producido exopolímeros. es necesario y representa un requisito para una disolución efectiva del metal. la que normalmente presenta carga negativa a pHs ácidos. metabolitos extracelulares y excretados cerca de la vecindad del sitio de unión. formándose además. in situ. Los metabolitos de bajo peso molecular. incluye lípidos y fosfolípidos. La primera etapa es una sorción física. La extracción o pérdida de polímeros. Dichas cargas se deben principalmente a la presencia del fierro férrico enlazado al exopolímero. tales como la pirita o covelita.) Procesamiento densidad de pulpa velocidad de agitación (en caso de operación en estanques) geometría de la pila (en caso de pilas) 4. puentes disulfuros). la presencia de estos iones aumenta considerablemente la adhesión de las bacterias La segunda etapa.Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza 83 Factor Parámetro temperatura pH potencial redox potencial del agua contenido y disponibilidad de O2 Parámetros fisicoquímicos del ambiente de Biolixiviación contenido de CO2 transferencia de masa disponibilidad de nutriente concentración de Fe(III) luz presión tensión superficial presencia de inhibidores diversidad microbiológica densidad poblacional Parámetros microbiológicos del ambiente de actividades microbiales Biolixiviación distribución espacial de los microorganismos tolerancia a los metales capacidad de adaptación de los microorganismos tipo de mineral composición del mineral diseminación del mineral tamaño de grano Propiedades de los minerales a ser lixiviado área superficial porosidad hidrofobicidad interacciones galvánicas formación de minerales secundarios modo de lixiviación (pilas. es actuar directamente contra el agente causante. agua y bacteria no se detiene espontáneamente. en el cual sólo participan interacciones de tipo físico-química con los componentes externos de la célula. se ha empleado por décadas la adición de cal o calizas u otras formas de neutralización. No es necesario que el microorganismo se encuentre en activo crecimiento. se producen grandes cantidades de desechos y no siempre los resultados son totalmente satisfactorios. este último fenómeno de captación pasiva es más adecuado para aplicarlo en un proceso de remoción de iones metálicos. Esto dio la base para buscar agentes químicos que pudieran inhibir selectivamente a las bacterias generadoras de ácido. tales como temperatura o la presencia de iones tóxicos. la que se manifiesta en la generación de ácido y la posterior lixiviación de metales tóxicos desde desechos y desmontes de procesos mineros.0 110 – 64000 (ppm CaCO3) Conductividad 600 – 30000 μS/cm Precipitados Hidróxidos férricos Otros elementos presentes Cu. adsorción. El drenaje ácido de mina. sin embargo. Esto último permite mantener una concentración activa del biocida en el tiempo. esto produce el llamado Drenaje Ácido de Mina.5 – 3. incluso se puede emplear biomasa muerta o inactiva... curar sus síntomas o atacar al agente causante. cuando va a ser utilizado en un proceso de biosorción. para el control de esta contaminación. Ocurre frecuentemente a partir de desechos de minas abandonadas de carbón o de diferentes sulfuros metálicos y en el interior de los relaves. Fuente del ácido Principal ácido presente pH Acidez Oxidación de pirita Ácido sulfúrico 1. La prevención es muy difícil de efectuar. Ni. Se encontró que la biosorción de iones metálicos presenta las siguientes características: La biosorción es un fenómeno físico-químico que presenta una saturación dependiente de la concentración del ión metálico en equilibrio La biosorción es una reacción muy rápida (la reacción alcanza el equilibrio en menos de 10 minutos) . más bien se potencia a si misma.11.La biosorción es un concepto que se ha acuñado para describir el fenómeno de captación pasiva de iones metálicos. Tabla 4. Para controlar los síntomas del problema.84 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza las bacterias también tienen su lado oscuro.8 Contaminación por múltiples factores causada por el drenaje ácido de mina. un proceso minero requiere dejar al descubierto los minerales que se encontraban protegidos de la acción del aire. Esto llevó al desarrollo de un sistema de tratamiento consistente en una pulverización de la zona afectada para lograr un efecto inmediato. hay tres alternativas posibles de acción: prevenir. Por estas características. microprecipitación de sales inorgánicas o metales.8 se presenta un resumen de los distintos componentes de esta contaminación. Se trata de una contaminación múltiple. se requiere aplicar grandes cantidades de cal. se conoce que las bacterias de la especie thiobacillus ferrooxidans son muy sensibles a la presencia de ácidos orgánicos. pues es menos afectado por cambios en las condiciones ambientales. es posible investigar en el laboratorio el potencial de los desechos para generar ácido.Como en toda enfermedad. ii Atacando directamente el problema de las bacterias. que se producen a partir de cierto tipo de minerales que se encuentran expuestos al aire y al agua. intercambio iónico. por lo tanto. para producir el ión férrico. ya que se producen drenajes fuertemente ácidos.. para lograr este objetivo. se trata de una unión de tipo reversible. generando ácido y sulfato ferroso. el agua y las bacterias. pero esto debe ir acompañado con la adición de estos mismos biocidas en forma de un producto granulado de liberación lenta. La biosorción de los metales a distintas partes de la célula microbiana puede ocurrir por uno o más de los siguientes procesos: complejación. ya que en la práctica. debido a que va generando las condiciones de acidez y otras que son favorables a la proliferación bacteriana. por lo tanto es método es caro. En la tabla 4. Desde hace bastante tiempo.Parece ser que la estrategia más apropiada. coordinación. a pesar de la biodegradación y el lavado que se produce por acción del agua. El ión ferroso puede seguir siendo oxidado por las bacterias. con altas concentraciones de sulfato y de iones metálicos en solución y con precipitados de diferentes hidróxidos férricos. La acción concertada del aire. Se descubrió que el lauril sulfato de sodio y otros tensoactivos aniónicos cumplen con las condiciones indicadas anteriormente. sin afectar al resto de la flora bacteriana o al ambiente. es una contaminación inorgánica de múltiples factores. 4. Zn y Pb i Control del drenaje de ácido de mina. siendo excelentes bactericidas para el thiobacillus ferrooxidans. En esta condición las bacterias atacan a la pirita contenida en un relave o en desechos de la minería y la oxidan.6 Biosorción de metales(Cotorás). 4). CuCl32-. los cuales se enumeran a continuación: Cuprosos. lo que provoca un aumento de su solubilidad.28 se muestra el diagrama Eh vs log[Cl-] para el sistema Cu/Cl en medio ácido. Este efecto tiene mucha importancia en la realización del balance de ácido en un sistema de lixiviación. Se ha reportado también. como pueden: Cu2+. Ni2+. Pb2+.27). algunas especies consumirán ácido y otrás las generarán. A continuación se describen las reacciones totales de lixiviación de diferentes especies sulfuradas. Ca2+. Un aspecto importante es el aumento del potencial del par Cu(II)/Cu(I) al incrementarse la cantidad de cloro. CuCl2(aq).78) (4. inclusive de compuestos insolubles. Cu(I) : CuCl(s). Cúpricos. esto es observado en el diagrama de especies en función del potencial (figura 4. es uno de los acomplejantes que forma complejos con mucha de los iones metálicos. Otro aspecto relevante. Cu+. especie que es generadora de ácido. Zn2+. En medio cloruro el cobre forma diferentes complejos (clorocomplejos de cobre). Genera ácido 4FeS2 + 15O2 + 2H2O = 2Fe2(SO4)3 + 2H2SO4 Consumen ácido 4CuFeS2 + 17O2 + 2H2SO4 = 4CuSO4 + 2Fe2(SO4)3 + 2H2O 4Cu5FeS4 + 37O2 + 10H2SO4 = 20CuSO4 + 2Fe2(SO4)3 + 10H2O Cu5FeS4 + O2 + 2H2SO4 = Cu3FeS4 + 2CuSO4 + 2H2O 2Cu2S + 5O2 + 2H2SO4 = 4CuSO4 + 2H2O Cu2S + H2SO4 + ½O2 = CuS + CuSO4 + H2O neutro CuS + 2O2 = CuSO4 4. de la gráfica se observa que conforme va aumentando la cantidad de Cl.En medio acuoso la especie Cu2+ es la más estable en comparación al Cu+.. el complejo Cu(II) se hace cada vez más oxidante en medio cloruro. precipitando a pH> 4.79) (4. existe un buen porcentaje de pirita. i Cu.81) Los elementos disueltos en medio acuoso pueden formar complejos. es decir. Debido a que en todo mineral e incluso concentrado. 4.14 Influencia de los acomplejantes (4. lo que hace necesario.13 Química del Fe en lixiviación en medio ácido 4. Fe2+. dichas características termodinámicas se acercan bastante a lo observado en la práctica.El ión cloruro. CuCl2-. CuCl3-. que los iones cuprosos forman complejos muy fuertes en medio cloruro y que son fácilmente oxidados en solución. especie que ha sido observada en la deposición de los cátodos de cobre.85 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza La biosorción es una reacción dependiente del pH de la solución Es posible eluir el metal captado bajando el pH a valores menores a 2 Existe competencia entre diferentes cationes por los sitios de unión en la biomasa 4. Cu(II): Cu2+.12 Generación o consumo de ácido en la lixiviación de los sulfuros Durante la lixiviación de los sulfuros.14.77) (4. CuCl+..va aumentando el rango de estabilidad de los clorocomplejos cuprosos. determinar la influencia de los distintos acomplejantes de interés a nivel industrial. etc. Ag3+. . cianuro y amoniaco. siendo el medio sulfato un sistema para este comportamiento. es la presencia de un área de estabilidad para la especie CuCl(s) a bajos niveles de cloro. como son el cloruro. donde se observa que no existe un área de predominancia para la especie cuprosa.1 Cloruro (Cl-). CuCl42En la figura 4. Fe3+. es común que se generen cantidades apreciables de acidez en la presencia de este mineral. siendo la presencia del ión Cu+ muy despreciable.80) (XXX) (XXX) (4. Este análisis es corroborado en el diagrama de Pourbaix del sistema Cu/H2O (figura 3. además el cobre metálico se disuelve a potenciales menores. siendo la especie cúprica estable en medio ácido y condiciones ligeramente oxidantes. 2 0. para una concentración de Cu(I) total de 0. para una concentración de Cu(II) total de 0.03 0.1M.1 0. en función del cloruro total.02 0. 0. .27 Diagrama de concentración de especies en medioa ácido en función del potencial.8 Fig.09 Concentración de Especies.3 0.4 0.6 0.y CuCl32-.29 se muestra el diagrama de especies de especies cuprosas en función del cloruro total.06 0.08 0.7 0.05 0. 4. además la especie Cu2+ va disminuyendo conforme va aumentando el cloro en el sistema.04 0.1 M. V(ESH) 0.01 + Cu 0 0 0.30 se presenta el diagrama de especies cupricas.5 Eh. siendo estables las especies CuCl2.07 0.1 o 0. En la figura 4. se observa que las especies Cu + y CuCl(aq) son prácticamente despreciables en todo el rango de cloro. molar 2+ Cu Cu 0.Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza 86 En la figura 4. observándose que ninguna de las especies cúpricas es depreciable. 5 2 2.1 M(Honores). 4.5 5 Fig. [ ]=0.6 - + CuCl3 CuCl 0. .08 Cloro-complejos de Cu(I).1 -0.5 2+ Cu 2- CuCl4 0.29 Diagrama de especies del sistema Cu(I)-Cl-H2O a 25°C y pH 1 en función del [Cl-T.5 1 1.06 CuCl2- 0.1 precipitación de CuCl 0. mol/l CuCl3 2- 0. Concentración de [Cu(I)T=0.28 Diagrama Eh-log[Cl-] para complejos de cobre. 0. pH=1 y 25°C(Honores).04 0.1 M.5 [Cl] T.4 CuCl(S) Eh.02 Cu+ CuCl(aq) 0 0 0.2 -4 -3 -2 -1 Log[Cl-] 0 1 Fig.Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza 87 0.1 CuO 0 -0. 4. m ol/l 3 3.3 - CuCl2 2- CuCl3 0.2 0. V 0.5 4 4. 5 5 Fig.26).5 [Cl] T.30 Diagrama de especies del sistema Cu(II)-Cl-H2O a 25°C y pH 1 en función de [Cl-T. FeCl2+. lo que incrementa la solubilidad de los sólidos que contienen Fe. con respecto al Fe3+ este precipita como Fe(OH)3 a aproximadamente pH 1.31. sin embargo. en medio cloruro el Fe (III) no se vuelve más oxidante. En medio cloruro el fierro forma diferentes complejos. FeCl3Férricos Fe(III) : Fe3+.2 e inclusive como Fe(OH)3 dependiendo del potencial de la solución. se observa también que el fierro metálico no es estable en medio acuoso. lo que si tiene. Concentración de [Cu(II)T=0.. . es una disminución del ión Fe2+ y Fe3+. FeCl2+. Todos estos efectos se observan cuando el fierro se encuentra en medio sulfato. FeCl2(aq). ii Fe.08 Cloro-complejos de Cu(II) . FeCl3(aq) El diagrama Eh-log[Cl-] para estas especies en medio ácido se muestra en la figura 4.76 V(ESH).5 4 4.5 1 1.En medio ácido. caso contrario a lo observado con el cobre en medio cloruro (figura 4.1 M(Honores). 4. FeCl+.88 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza 0. el fierro en solución se presenta como las especies Fe2+ y Fe3+ (figura 3. Es decir.2) dependiendo del potencial redox de la solución. esto al menos termodinámicamente.04 CuCl42- 0.02 CuCl2(aq) 0 0 0. mol/l Cu2+ CuCl3- 0.06 CuCl+ 0. no se ve mayor variación en los potenciales entre las especies ferrosas y férricas. El par Fe3+/Fe2+ presenta un equilibrio a aproximadamente 0. observándose que al aumentar la cantidad de cloro en el sistema los complejos de fierro son más estables. y.5 2 2. los que se son nombrados a continuación: Ferrosos Fe(II) : Fe2+. en cuanto al Fe2+ este precipitaría como Fe(OH)2 a pH 6.1 0. m ol/l 3 3. Anteriormente.01 M. este elemento puede disolverse. PbCl2(s). tal como se puede observar en la figura 4. [Au ]=0. 4.32 Diagrama Eh-pH. iii Zn y Pb. Au. [Cl-]=0.Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza 89 1 Fe3+ FeCl2+ FeCl3 FeCl2+ 0.5 Auº 0 -0.5 -1 0 2 4 6 pH 8 10 12 14 Fig.5 0 log[Cl-] 0.31 Diagrama Eh-log[Cl-] para complejos de fierro. PbCl3Estos complejos. da como resultado un aumento de la disolución los sólidos que presentan estos elementos.Estos elementos forman diferentes complejos en medio cloruro.5 M. los que se muestran a continuación: Zn : ZnCl+. ZnCl3-.32. se trató de la estabilidad del Au en medio acuoso.4 0.5 Eh.8 Eh. 4.2 0 -1. V iv Au(OH)3 1 0.1 M. efecto que sucede en la práctica.5 2 AuCl43- 1. V 0.5 -1 -0...5 Fig. 25°C. pH=1 y 25°C. ZnCl42Pb : PbCl+. del sistema Au-Cl-H2O. sin embargo. [ ]=0. . ZnCl2. en un medio oxidante y a altas concentraciones de cloruro.5 1 1. 3 AuO2 2.6 Fe2+ FeCl+ FeCl2 0. .1 Ag° -0.33. es uno de los acomplejantes muy usados a nivel industrial. Fig. Hg2+. observándose que las especies de cianuro son estables en medio reductor. 4.5 M. [Cl-]=0. en medio cloruro se forma el sólido AgCl. formándose especies cianatos al oxidarse.33 Diagrama Eh-pH. 4. etc El cianuro es una sustancia tóxica y hasta mortal para la vida humana. del sistema Au-Cl-H2O.4 por su gran volatilidad. por lo que su manipulación debe ser muy cuidadosa.Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza 90 v Ag.1 Eh. [Au ]=0. Fe2+. para la recuperación del Au y Ag. puede disolverse en medio ácido y fuertemente oxidante.El ión cianuro. En la figura 4. Zn2+. Con respecto a la especie HCN(g). Co2+.4 -0. Ag+..penetrar heridas en la piel. Cu+. se presenta el diagrama Eh-pH del sistema C-N-H2O.14.35.34 Diagrama de especies del cianuro. 2 Ag2O3 1. reportándose que dosis de XXXX. Fe3+.Si bien este elemento.01 M. A continuación se enumeran los iones que forman complejos con el CN-: Au+. tal como se puede observa en la figura 4. formando paralelamente complejos con otros iones.7 1.4 Ag2O2 1.2 -0..7 -1 0 2 4 6 pH 8 10 12 14 Fig. pudiendo la especie CN.5 0. tal como se observa en la figura 4. 4. V 0.2 Cianuro (CN-). es nocivo para las personas. el cual es casi insoluble. esta se forma a aproximadamente a pH<9.34. 25°C.8 AgCl(s) 0. 4 0.2 -0.0 0 2 4 6 pH 8 10 12 14 Fig.2 1. tal como se observa en la figura 4.85) Reportándose que también ocurre según la siguiente reacción: 2Au + 4CN. V 1.6 HCNO Eh.8 CN- -1. se debe a que este forma el complejo estable Ag(CN) 2-. se observa claramente que el oro es soluble en todo el rango de pH y el O2 puede usarse como agente oxidante.35 Diagrama Eh-pH del sistema C-N-H2O.+ 2H2O (4.. además.1M.0 -0.+ O2 + 2H2O = 2Au(CN)-2 + 2OH.5 - 0 -0.36 se muestra el diagrama Eh-pH del oro en medio cianuro.+ 4H+ = 4Au(CN)2.Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza 91 1. concentración de especies 0.36 Diagrama Eh-pH del sistema Au-H2O. 25°C.5 Auº -1 0 2 4 6 pH 8 10 12 14 Fig. concentración de especies 0.En la figura 4..37. según la siguiente reacción: 4Au + O2 + 8(CN). V 0. Si el O2 fuera el agente oxidante la lixiviación de la plata en presencia de cianuro ocurriría según la siguiente reacción: .5 1 Au(CN) 2 0.5 2 Au(OH)3 Eh. 4.86) 3 AuO2 2. De la gráfica se observa que la plata es soluble en un gran rango de pH y de preferencia en rango alcalinos.01M y 25ºC.La lixiviación de la plata con cianuro.0 0. i Oro. ii Plata.+ H2O2 (4. 4.4 -0.8 0. que los potenciales de oxidación no son muy altos.2 CNO- 0.6 HCN -0. concentración de 0.0 Zno -1.2 Zn(CN)4 2- -0.en medio alcalino.8 0.+ 2H2O (4.+ 4H+ = 4Ag(CN)2.38. .38 Diagrama Eh-pH del sistema Zn-CN-H2O.8 Ag(CN) (S) Ag(CN) 2 0.2 1. V iii 0.4 0 2 4 6 pH 8 10 12 14 Fig.6 0.1M y 25ºC. concentración de 0.7 -1 0 2 4 6 pH 8 10 12 14 Fig. 4.87) otros autores proponen que la reacción de disolución sería: 2Ag + 4NaCN + O2 + 2H2O = 2NaAg(CN)2 + NaOH + H2O2 (4. el cual se puede formar de la oxidación del Zn° con O 2.7 1.88) 2 Ag2O3 1.1 -0.4 -0.0 Zn(OH) 2 -0.2 Eh.+ 2H2O (4.4 1.5 - 0.89) 1.8 -1.En la figura 4.2 Ag -0. 4..Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza 92 4Ag + O2 + 8(CN). V 0. Zinc.1 Eh.0 0.4 Zn2+ 0. observándose la gran área de estabilidad del complejo Zn(CN)42.2 -1.+ 4H+ = 2Zn(CN)42. se presenta el diagrama Eh-pH del sistema Zn-CN-H2O.37 Diagrama Eh-pH del sistema Ag-CN-H2O. según la siguiente reacción: 2Zn + O2 + 8(CN).4 -0.1M y 25ºC.6 -0. En la figura 4. puede pasar a complejo cúprico. observándose que la lixiviación del cobre en medio amoniacal se realiza en medio relativamente básico.39 Diagrama de especies del amoniaco. según: Cu(NH3)2+ + 2NH4+ = Cu(NH3)42+ + 2H+ + e (4.6 0. i Cobre. 4..40 se presenta el diagrama Eh-pH del sistema Cu/NH3/H2O.Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza 93 4.3 Amoniaco.. el que dependiendo de las condiciones oxidantes del medio. donde el cobre pasa a solución como complejos cuproso amoniacal. respectivamente. Considerando que las complejos amoniacales cuproso y cúprico son Cu(NH3)2+ y Cu(NH3)42+.8 0.2 0 0 2 4 6 8 10 12 14 pH Fig. estos iones cuprosos son oxidados a cúpricos.Este acomplejante se ha llegado a usar a nivel industrial para la disolución de Cu. es decir entre pH 8 y 10. especies de amoniaco.90) luego. como fue el caso de la lixiviación de los oxidos de Minera Escondida en sus inicios.4 0.14. fracciòn molar 1 NH4+ NH3(g) 0. la semireacción de lixiviación del cobre al estado cuproso sería: Cuº + 2NH3 = Cu(NH3)2+ + e (4.91) . si se tiene un exceso de iones en solución.40 Diagrama Eh-pH del sistema Cu-NH3-H2O. En el caso del Cu. observándose claramente que la solución con mayor concentración de iones. por lo que se debería considerar el efecto de la fuerza iónica en la extracción de Cu.41.15 Influencia de la fuerza iónica en la extracción(Aguad) En los circuitos de lixiviación industrial. puede tener implicación industrial. mientras los demás iones permanecen en solución acuosa.Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza 94 1.6 -0. se cuantifica a través del término “fuerza iónica (I)” y está dado por la formúla (4. donde algunas veces se riega con soluciones intermedias.2 0 Cu -0. se corre el peligro que el medio empieze a ser ineficaz en la disolución de iones.2 1 0. V 0. en la etapa de SX se extrae selectivamente este elemento.6 CuO 2+ Eh.92). en la lixiviación en pilas. . se presenta la influencia de la concentración de iones en la extración de cobre. alcanzan un estado estacionario donde su concentración puede ser muy alta. 4.92) En medio acuoso. Lo anterior. 4. En la figura 4. La cantidad de iones en solución. Como consecuencia los iones metálicos diferentes que acompañan al Cu. I = ½ ΣCi zi2 Donde: Ci concentración molar de la especie i zi es la carga de ión i (4.4 Cu(NH3)4 CuO Cu2O 0.8 0 2 4 6 pH 8 10 12 14 Fig. presenta una menor extracción con respecto a una diluída. las soluciones lixiviantes son recirculadas continuamente entre las etapas de LIX-SX. independiente de la acidez del medio.2 ° Cu2O Cu(NH3)2 -0.4 -0. concentración de 1 M y 25ºC.8 Cu2+ 0. por lo que la extración de la especie valiosa puede ser afectada. Exp 2: 30 g/l H2SO4(Aguad). Conc: soluciones concentradas. observándose claramente una disminución del ángulo.95 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza Fig. lo que hace que la partícula sea más hidrofílica.41 Influencia de la concentración de iones en solución. . A continuación. y por lo tanto. la presencia de agentes tensoactivos en la etapa de lixiviación.2. Fig. se enumeran los beneficios obtenidos por el uso de humectantes(bateas): Mejora el grado de humectación del mineral Permite incrementar la dosificación máxima de ácido sulfúrico y de agua en la etapa de curado Reduce el tiempo de lixiviación Mejora el manejo y el transporte de los materiales humectados Disminuye la contaminación por aerosoles ácidos y polvos En la figura 4.42. se debe a la disminución de la tensión superficial de la solución lixiviante. con lo que se facilita la mojabilidad de las partículas.16 Humectantes Como se describió en la sección 2.6. Los efectos positivos de estos reactivos. 4. presenta efectos positivos en la disolución de la especie valiosa. Exp 1 : 15 g/l de H2SO4. se tiene un aumento de la disolución de la especie valiosa del mineral. 4. al aumentar la dosis del reactivo. 4.42 Variación del ángulo de contacto vs la dosis del humectante OXD-1(Farías). se presenta la variación del ángulo de contacto en función de la dosis de humectante. Dil: soluciones diluídas. estos reactivos al usarse en esta etapa son llamados “humectantes”. produciendo una disminución del volumen de impregnación de solución luego de detener la irrigación. Además. se puede hacer hidrofóbica la interfase sólido/solución(O`kane). aproximadamente 90% del reactivo de ha degradado.9 se muestra la influencia de surfactantes fluorocarbonados catiónicos. no son afectados por los humectantes(Sandoval). indicándose que los tamaños -100#.9 Influencia del uso de humectantes en la extracción de Cu(Farías).3 El uso de humectantes mejora el drenaje de la solución. que estos reactivos deben ser compatibles con los procesos siguientes. L-12215 L-12522 Surfactante 3M Sin reactivo Con reactivo Sin reactivo Con reactivo Recuperación en 45 días. Tabla 4.8 75. un exceso de reactivo. observándose los efectos benéficos en la recuperación de Cu. que los efectos de los humectantes disminuyen conforme las partículas son más finas(3M). Fig.43 Efecto del OXD-1 en el nivel de impregnación de los ripios(Farías).96 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza En la Tabla 4. Se debe considerar. que existirá un determinado porcentaje del reactivo dosificado. % 46. debido a la disminución de la tensión superficial (Casey). donde se observa que al cabo de unas horas.5 52.7 62. como es la SXEW en la recuperación de Cu. tal como se muestra en la figura 4. es decir. no se debe tener efectos negativos en estas últimas etapas. Algunas trabajos han reportado. agregados en dosis de 35 ppm en el refino que acondiciona la etapa de curado. lo que reduce las perdidas de la especie valiosa por impregnación(Farías). en las fracciones finas(bateas). Sin embargo. Es importante considerar. también se ha informado que el uso de humectantes favorece la disolución de cobre.43. 4. pueden reducir la recuperación de la especie valiosa. que presentará descomposición en un periodo corto de tiempo. . debido a que bajo estas condiciones. tal como se muestra en la figura 4.44. 5H2O + 2HCl + H2O CuO + H2SO4 + 4H2O = CuSO4. se ve favorecida por la temperatura generada por la mezcla del ácido sulfúrico concentrado y agua. también se adiciona agua o solución de alguna etapa del proceso. la recomendación metalúrgica actual. el ataque se vuelve más eficaz en la medida que la dosis de ácido aumenta.45)(Farias).5H2O . La generación de estos sulfatos.5H2O + CO2 CuSiO3. indican que un aumento de la tasa de curado de 20 a 37 kg/t (con 8 horas digestión). se tenga una gran extracción de la especie valiosa. sin consumir una mayor cantidad ácido.5H2O + 2CO2 CuCO3. 4. para que la reacción de disolución ocurra. Se enfatiza. desde los óxidos y parcialmente en los minerales sulfurados. En consecuencia.Cu(OH)2 + 3H2SO4 + H2O = 3CuSO4. es curar con una dosis de ácido entre 35 y 40 kg/t. 4.3Cu(OH)2 + 4H2SO4 = 4CuSO4. produce un incremento en la disolución de cobre entre 4 a 7%. produce un ataque a la superficie externa e interna de las partículas de mineral con una reacción extremadamente rápida. Valores medidos a nivel industrial.2H2O + H2SO4 + 2H2O = CuSO4.5H2O + SiO2 CuCl2.17 Sulfatación con H2SO4(bateas) La adición de ácido sulfúrico concentrado en la etapa de curado.97 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza Fig. llegando incluso a 70oC (figura 4. porque la temperatura de la mezcla aumenta con la dosis. Sin este tiempo. que el efecto del aumento de la dosis. si participa un tiempo de digestión no inferior a 8 horas. no tiene sentido operar con una mayor tasa de curado. tal como se observa en la figura 4. porque un aumento de la concentración del reactante (ácido) hace que la reacción sea más violenta debido a la ley de acción de las masas.10 Reacciones de sulfatación en la etapa de curado de distintas especies de Cu. dependiendo de la calidad del mineral. El cobre. los que posteriormente son removidos por transferencia de masa durante el primer periodo de lixiviación y en muchos casos. es sulfatado en la etapa de curado. y por otro. como otros cationes se convierten en sulfatos solubles. por un lado. Mediciones experimentales e industriales demuestran que entre el 50 a 60% del cobre alimentado. principalmente en los puntos de traspaso de material (chutes y tolvas) y en donde existe participación de personal (tambores aglomeradores y puente cargador). el que produce la formación de puentes líquidos que ayudan a difundir el ácido. Tasas mayores generan problemas operacionales por la generación de vapores ácidos.2Cu(OH)2 + 2H2SO4 + H2O = 3CuSO4.5H2O CuSO4. Reacción 2CuCO3. lo que ocasiona que al inicio de la lixiviación. A su vez.44 Cinética de descomposición del OXD-1(Farías). será observado con mayor claridad. En esta etapa. cuando el tiempo de reposo aumente.45. Compuesto Azurita Malaquita Crisocola Atacamita Tenorita Antlerita Tabla 4.Cu(OH)2 + 2H2SO4 + 2H2O = 2CuSO4. se limitan a disolver el sulfato de cobre ya producido. las soluciones de lixiviación. 5H2O Cu2S + H2SO4 + 1/2O2 + 4H2O = CuSO4. Desde el punto de vista de lixiviación.5H2O + FeSO4.46 se muestra la influencia del sulfato férrico en la etapa de curado. La segregación se presenta principalmente a las diferencias en el tamaño o densidad de las partículas. siendo este último fenómeno muy perjudicial en los procesos de lixiviación de lecho fijo. el método de granulación que nos interesa. existiendo muchos métodos de granulación. 4. observándose un gran aumento en la extracción de Cu.45 Temperatura en una pila como una función del tiempo de reposo.98 Brochantita Cuprita Calcosita Covelita Bornita Calcopirita Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza CuSO4. se ubican sobre las primeras.3Cu(OH)2 + 3H2SO4 = 4CuSO4.La presencia de un oxidante desde la etapa de curado. aglomeración. 4.46 Influencia del Férrico en la etapa de curado(Farias). 15 Farias Fig.18 Granulación En general.. 4. Mediante la aglomeración se evita la segregación. debido a diversos factores. los que incluyen: compresión. tiene un efecto positivo en la sulfatación. A continuación se tratará el proceso de aglomeración. tales como: costo asociado.5H2O + 2CuS + CuFeS2 CuFeS2 + 2H2SO4 + O2 + 10H2O = CuSO4. el curado con sulfato férrico no es usado. En la figura 4. pero no se debe descartar realizar estudios. acumulación de fierro en el sistema. facilitando el aumento de tamaño. los cuales aumentan la fuerza de cizalladura. que superen los inconvenientes mencionados o tratar de usar otro reactivo. donde un sistema partículado es mezclado con uno o varios reactivos aglomerantes. desde el punto de vista de los mecanismos presentes y en la sección xxxx.17. es la aglomeración.5H2O + Sº Cu5FeS4 + 2H2SO4 + O2 + 3H2O = 2CuSO4.7H2O + 2Sº Fig. globulación. 4. concentrándose las partículas más pequeñas y/o densas en la base del sistema. contendrá todos los constituyentes de la . En la actualidad. en especial de los minerales sulfurados. Aunque se tenga efectos positivos con la presencia del Fe(III) en esta etapa. se le tratará desde un punto de vista lixiviación en lecho fijo. vital para evitar la presencia de material fino en los procesos de lixiviación de lecho fijo. esta acción no se ve muy atractiva. el término granulación está relacionado a la unión de pequeñas partículas en tamaños mayores. los que posteriormente pueden precipitar con efectos negativos en la etapa de lixiviación.1 Curado oxidante. por el contrario las más grandes y/o menos densas.5H2O + CuS CuS + H2SO4 + 1/2O2 + 4H2O = CuSO4.5H2O + H2O Cu2O + 2H2SO4 + 1/2°2 + 3H2O = 2CuSO4. Un proceso de aglomeración. nodulación o sinterización(Brooker). extrusión. Fig. entre los estados pendular y capilar. ii Fuerzas interfaciales en films líquidos móviles(Summers). es el porcentaje del volumen de la fase líquida en el volumen de los poros del grano. si existiera un amplio tamaño de distribución. sin posterior adición de líquido(Summers). Las capas delgadas inmóviles. pueden presentarse como un líquido residual. distribución y adsorción). puede tener disuelto un aglomerante. este estado también puede ser alcanzado por disminuir la separación de las partículas. el cual depende de la tensión superficial del líquido. la aglomeración es realizada en presencia de un medio acuoso. las características de mojabilidad de la partícula. a través del porcentaje de material que . denominado estado pendular. existirá una disminución efectiva en la distancia interpartícula y un incremento en el área de contacto entre las partículas. Esta estabilidad se puede medir. el cual. Tiempo requerido para el que el líquido. se incrementará.. así. El estado funicular. representa una etapa intermedia. los granulos pueden segregarse. expresado como la saturación del líquido (s). el cual. el que asegura la unión de las partículas (Summers). existe suficiente cantidad de líquido. el funicular un rango de s de 25 a 80% y el capilar un s>80%. La correlación entre s y el diámetro del granulo es una característica de la partícula y del tipo de aglomerador usado. Los estados anteriores. para lo cual.Si en la aglomeración. e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia de separación interpartícula. los factores que afectan los estados enumerados son(Broker): Distribución de la mezcla del aglomerante inicial. lo que causa adhesión. es un factor significante en el crecimiento del granulo. la fuerza de enlace será mayor que el producido por films móviles. debido a las fuerzas de tensión superficial de la interfase líquido/aire y a la presión de la succión hidrostática en el puente líquido. lo que puede dar la formación de puentes sólidos. El estado pendular presenta un valor de s<25%. Los puentes de agua formados.Si existe cierta cantidad de líquido en el medio. a causa de las fuerzas de atracción de Van der Waals. es función del contenido del medio acuoso.99 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza mezcla en una proporción correcta en todos lo granulos. se distribuya y penetre en los poros (es decir. del diámetro y empaquetamiento de las partículas(Granulation). los importantes en lixiviación y serán detallados a continuación: i Fuerzas de adhesión y cohesión en films inmóviles(Summers). hasta alcanzar un máximo en la estabilidad del granulo. Es importante controlar el tamaño de la partícula de los granulos. En lixiviación. A bajos niveles de humedad. Cuando todo el aire ha sido desplazado entre las partículas. las que son ilustradas en la figura 4. en la interfase aire/líquido. una cantidad mímima de líquido aglomerante es necesario (Broker. se deben formar enlaces entre las partículas para su adhesión. la velocidad y el grado de aglomeración. Aunque tales films.47. se alcanza el estado capilar. para exceder el correspondiente al de un film inmóvil. Existen cinco mecanismos principales. las partículas son mantenidas juntas por un anillo líquido en forma de un lente. Esta situación se presentará. estos enlaces deben ser suficientemente fuertes. el cual se ubica en la superficie del granulo. la correlación es influenciado por la distribución del tamaño de partícula alimentada (Granulation).Para formar los granulos.1 Mecanismos de enlace de las partículas(Summers). las que son proporcionales al diámetro de partícula. Además de estas propiedades. El grado de aglomeración. Existen tres estados del medio líquido entre las partículas. A continuación se detallarán los diferentes mecanismos presentes en los procesos de aglomeración: 4. también pueden ser formadas por soluciones altamente viscosas de adhesivos. disminuye el volumen del poro ocupado por aire y eventualmente produce el estado funicular o capilar.18. Siendo los tres primeros.. son distinguidos por la cantidad de líquido en el sistema. El diámetro del granulo se incrementará. debido a que los granulos húmedos pueden secarse. tal como se verá más adelante (Summers). área superficial y características de mojabilidad partícula-líquido. (3) formación de puentes sólidos. al aumentar la humedad del sistema disponible para la coalescencia. luego de que los granulos formados han sido secados. En el proceso de aglomeración húmeda. porque aunque los componentes individuales pueden no segregarse. el cual se puede medir a través de la relación líquido a sólido (humedad). tal como se verá a continuación. se incrementa alrededor de tres veces entre el estado pendular y capilar(Summers). la que está elacionado a la fuerza cohesiva entre las partículas. para formar un film delgado inmóvil. del ángulo de contacto de las partículas. entre partículas independientes (2) fuerzas interfaciales en films líquidos móviles entre los granulos. luego de la evaporación del solvente (4) fuerzas atractivas entre sólidos y (5) entrelazamiento mecanico. La resistencia a la tracción de los granulos. el continuo mezclamiento del material original. se formará un film móvil. donde las partículas son mantenidas unidas por succión capilar. son sólo estructuras temporales. La resistencia del enlace. debido a la humedad adsorbida y explica la cohesión en partículas ligeramente humectadas. la porosidad de la partícula. aumentando también. para prevenir el rompimiento del granulo en las posteriores operaciones. Las fuerzas de enlaces entre las partículas. es improbable que ellos contribuyan significativamente a la resistencia final del granulo.. para el enlace de las partículas: (1) fuerzas de adhesión y cohesión en films inmóviles. . En la figura 4.En la aglomeración. en un glómero. y también depende de la naturaleza de la . a) Pendular b) Funicular c) Capilar Fig. Cualquier material soluble en el líquido inicial. 4. iii Puentes sólidos. (2) aglomerantes endurecedores y (3) cristalización de sustancias disueltas. para formar puentes sólidos para aglomerar las partículas. El primero de ellos. por la agitación creada en los equipos respectivos. y capacidad de absorción del líquido) y de las características del líquido (viscosidad y tensión superficial)(granulation)..100 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza pasa un tamaño de malla determinado.Estos pueden ser formador por: (1) fusión parcial.. se tiene un mínimo en la razón de reciclo. Una característica importante en este mecanismo. lo que dependen de la velocidad de evaporacón del medio acuoso. 4. El porcentaje de humedad. los que actúan como aglomerantes.18.En este mecanismo. Las partículas. solubilidad en el medio acuoso. por el cual ocurre la aglomeración. y el adhesivo se endurecerá o cristalizará al secarse. por que no es importante en medio acuoso.Cuando los granulos húmedos se secan. es dependiente de las propiedades de la partícula (distribución de tamaño.48. no será detallado. corresponde a la máxima estabilidad de los granulos(Broker). Fig. la posterior agitación y/o adición de líquido causa la adhesión de más partículas. 4. el cual se denomina razón de reciclo. Aglomerante endurecedor.2 Mecanismos de formación de granulos(Summers). es el tiempo requerido para que el líquido aglomerante sea resistente. ocurre la cristalización de las especies disueltas inicialmente en el medio acuoso. actúan de esta manera. para alcanzar la estabilidad máximima del granulo.48 Variación de la razón de reciclo vs la humedad (Broker). un adhesivo es agregado en el medio acuoso. el cual..47 Estados en una fase líquida móvil. enfriamiento y solidificación. El mecanismo preciso. se adhieren unas a otras debido a los films líquidos formados. varía según el tipo de equipo aglomerador. El medio acuso formará puentes líquidos. Cristalización de sustancias disueltas. se observa que al aumentar la humedad en el sistema de aglomeración. el líquido agregado es distribuido a través de las partículas. Los núcleos. se caracteriza por la presencia de un gran número de pequeños granulos con una amplia distribución de tamaños.La aglomeración se inicia con el contacto partícula-partícula y la adhesión debido a enlaces líquidos. de la cantidad de líquido agregado y de las propiedades del material. Estratificación: Cuando una segundo batch es agregado a los granulos. los mecanismos detallados a continuación. se reconfigurará debido a la agitación. formando una capa de material sobre el granulo que no se desintegró. pueden ser agregadas al núcleo por puentes pendular o (2) dos o más núcleos pueden combinarse. El mecanismo de granulación propuesto.101 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza partícula. sin embargo. y estos cuerpos actúan como núcleos para un posterior crecimiento de los granulos.49 Mecanismos de crecimiento de bolas durante la aglomeración.49. i Nucleación. los más finos se adhieren a los granulos..El posterior crecimiento de los granulos. aunque esto depende. con un tamaño promedio de partícula que se incrementa con el tiempo. incrementándose así. incrementando su tamaño. ii Transición. es ilustrado en la figura 4. Este material sometido a abrasión se adhiere a otros granulos. densifica el cuerpo pendular para formar el estado capilar. Un número de partículas se unen para formar el estado pendular. pueden crecer por dos vías posibles: (1) partículas simples. 4.. la coalescencia de los granulos continuará y producirá un sistema inestable y sobreconcentrado. los cuales se adhieren a otros granulos. el tamaño del granulo. Posterior agitación. Esta etapa. . Rompimiento: Los granulos se rompen en fragmentos. produce granulos grandes y esféricos.. Los cuatro posibles mecanismos del crecimiento de bolas. Tranferencia de abrasión: La agitación del granulo. a) Coalescencia b) Rompimiento c) Tranferencia por abrasión d) Estratificación Fig. Si la agitación continua. iii Crecimiento de bolas. sirven como una generalización del proceso. (2) transición y (3) crecimiento de bolas. El núcleo combinado. Coalescencia: Dos o más granulos se unen para formar un granulo grande. formando una capa sobre la superficie. conduce a la atrición del material desde granulos. pueden ser divididos en tes etapas: (1) nucleación. 102 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza . Fe)6(AlSiO8)O20(OH)4. por ejemplo los feldespatos de K y Na.103 V.Fe)3Si3AlO10(OH)2 Soluble en H2SO4 concentrado NaCa2(Mg. son modificadas continua y progresivamente en su camino hacia la mena objetivo(Mineralógicas). Fe3+ y Mg2+. En los sistemas de lixiviación en medio ácido.Al)4O10(OH)8 Soluble en medio ácido Arcilla (Mg. sino que también depende de otros factores. con el fin de maximizar la eficiencia de recuperación de la especie valiosa y minimizar el consumo de reactivos por la ganga. ni de las condiciones de Eh y pH de la solución lixiviante. Ca2+. ya que esta última es la que predomina másicamente en el mineral. Los minerales de la ganga de los yacimientos porfídicos de cobre. K+. arcillas. óxidos e hidróxidos de fierro. existiendo especies mineralógicas que son atacados preferencialmente en medio ácido. Por otro lado. sino que también. La ganga de los yacimientos porfídicos de cobre. la lixiviación de los silicatos producen diversas especies solubles en el medio aucuoso. la limonita y la goetita. Debido a que la ganga está compuesta principalmente de especies de Si. la velocidad y la cantidad de especie valiosa disuelta. a continuación nos centraremos en el comportamiento de la ganga en medio ácido(Jansen). se deben evaluar prestando mucha atención a la mineralogía y no solamente a las especies valiosas.FeII)4(Al. están compuestos sobre un 95% por especies silicatadas y consecuentemente. antes de que esta última pueda ser alcanzada por las soluciones lixiviantes expuestas desde el exterior. existe una variedad de reacciones que están ocurriendo a cada momento entre las soluciones lixiviantes y la ganga que contiene y recubre la mena. ni tampoco de la solución rica efluente. su comportamiento es soluciones ácidas será determinante en las recuperaciones que se obtendrán en un determinado proceso.F)2 Ferromagnesiano (Mg. presentando cambios significativos de un área a otra dentro de una mena. Se necesita considerar.Fe)6(Si. la hematita.Mg. Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza COMPORTAMIENTO DE LA GANGA EN MEDIO ÁCIDO (Jansen y mineralógicas) Los proyectos de lixiviación.Ca)(Al. la situación es siempre compleja. es la única determinante para pronosticar los resultados de la efectiva extracción de la especie valiosa que se desea obtener. debiendo considerarse los siguientes aspectos: Consumo de ácido Disolución y precipitación de impurezas Comportamiento de escurrimiento de lechos percolantes Perdidas de la especie valiosa (cobre) Viabilidad tecnoeconómica del proceso Con respecto a la solubilidad cualitativa de la ganga en medio ácido. tampoco la mineralogía de las especies valiosas de la mena. etc . en comparación al alcalino. la cinética de disolución y del grado de penetración de las partículas. ferromagnecianos y óxidos de fierro.1 Comportamiento de diversas minerales de ganaga en medio ácido.FeIII)(SiAl)8O22(O Ferromagnesiano Se disuelve o descompone en ácido H. en la tabla siguiente. son los carbonatos como la calcita. se compone principalmente de feldespatos. Al3+. sean los minerales valiosos. visto desde afuera como si se tratase de una “caja negra”. a los de la ganga. sólo en HF y medio Mineral SiO2 alcalino Feldespato de K KAlSi3O8 Soluble en medio ácido Se disuelve o descompone en medio Feldespato de Na NaAlSi3O8 ácido Feldespato de Ca CaAl2Si2O8 Soluble en medio ácido Arcilla K(Mg. En efecto. tales como la mineralogía. Na+. entre los cuales destacan la magnetita. Fe2+. sulfatos como el yeso o la anhidrita. En medio ácido. presentándose que el Eh y pH. producen las siguientes especies: ácido silícico (H 4SiO4). la ganga silicia asociada a los sistemas de cobre influye en el sistema de lixiviación. Grupo Genérico Fórmula Solubilidad Insoluble en H+. plagioclasa Ca y la biotita. En general. que a menudo forman parte de la ganga de estos yacimientos. La influencia de la ganga en el proceso de lixiviación de minerales se manifiesta principalmente a través del grado de consumo de ácido.8 Insoluble en medio ácido . un amplio rango de características mineralógicas. oxidados o sulfurados. Otras especies minerales. se presentan diversos minerales de ganga y su comportamiento en medio ácido: Nombre Cuarzo Ortosa Albita Anortita Biotita Hornblenda Clorita Vermiculita Tabla 5. la asociación mineralógica. no dependen solamente de las condiciones del sistema completo. está dada por una reacción de hidrólisis. prodiendose un aporte adicional de finos. Estos se manifiesta. físicamente se degrada aún más. que están constituidas por granos finos y cementados por la especie mineralógica. De la misma manera. en la figura 5.Ca.. por un lado reconoce un espectro de calidad que va desde materiales frescos.104 Montmorillonit a Illita Sericita Arcilla H2O (Mg. Las partículas de mineral. aunque es incipiente. estructura granular. que ya contiene una cantidad importante de finos por su origen. físicamente exhibe: una baja dureza. Baja solub. pasando por materiales de mediana alteración. El trabajo metalúrgico en este sentido..1 Grado de alteración(bateas).Desde el punto de vista metalúrgico. Cuando la mezcla mineral que se envía a planta.2 a 80°C en agua. también se observa que la velocidad de disolución de la plagioclasa aumenta caso 1000 veces cuando el pH baja 2. los componentes originadores y el mecanismo generador de la impregnación. HNO3) diluidos Insoluble en agua 5. reconocer las zonas de mayor alteración del yacimiento a objeto de aumentar la selectividad de los minerales que lleguen a proceso. los que se detallan a continuación: El complemento con la labor de geología. en las cuales se desarrolla el proceso (Meruane). por lo que la disolución está gobernada sólo por el pH. por ejemplo.H2O Calcita Limonita Carbonato Limonita CaCO3 2Fe2O3.Fe)4(SiAl)8O20(OH)4. levemente soluble en HCl 0.3H2O Hematina Limonita Fe2O3 Goetita Jarosita Pirita Pirrotita Magnetita Limonita Limonita Sulfuro Sulfuro Óxido FeO. se hincha en agua Se disuelve o descompone en ácido Insoluble en medio ácido Ca2Al2Fe(SiO4)(Si2O7)(O. es predominantemente grava. Identificar. Metamórfico secundario Arcilla Yeso Sulfato CaSO4.5 a 1.2 Influencia de la ganga en el consumo de ácido(Mineralógicas).OH KFe3(SO4)2(OH)6 FeS2 FeS Fe3O4 Epidota Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza Soluble en ácidos. sólo está presente el mecanismo de hidrólisis.Mg. soluble en HCl Soluble en HCl y en medio sulfúrico Soluble en medio ácido Soluble en HNO3 y en ácidos diluidos.OH)2 Insoluble en medio ácido Al4Si4O10(OH)8 Soluble en H2SO4 caliente 0. producto de la lixiviación. en (HCl. .El comportamiento de la ganga se encuentra íntimamente ligado a las condiciones de acidez.0014 a 25°C en agua. tiene definido dos frentes de acción. nH2O KAl4Si7AlO20(OH)4 KAl2(AlSi3O10)(OH) Caolinita Arcilla Arcilla Mat. Y por otro. soluble en HCl Soluble en H2SO4 Insoluble en agua y en H2SO4. alto contenidos de finos y alta generación de finos. hasta materiales definitvamente alterados.1 se observa como la plagioclasa calcica se disuelve al menos 100 veces más rápido que la ortoclasa. con el fin de buscar alguna vía inhibidora del fenómeno. 5. son las gravas las que presentan un mayor grado de alteración.2 se presenta el consumo de ácido de tres tipos de rocas habituales en los yacimientos de cobre. Sin perjucio de reconocer la existencia de rocas de calida física no deseable. Es decir.Fe)(Al. El mecanismo de disolución para los minerales de silicato. se desgranan al disolverse ésta. identifica dos unidades geológicas principales: las rocas y las gravas. un alto contenidos de finos un alto consumo de ácido una gran generación de finos una gran capacidad de hidratación El estudio geológico. el grado de alteración se asocia con la calidad física del mineral. materiales alterados son aquellos que manifiestan tener: un bajo índice de Bond. En la figura 5. la carga. en la tabla siguiente se presenta las reacciones de disolución de varias especies: Se aprecia que en las reacciones de disolución de la ganga. aumentando la velocidad de disolución cuando disminuye el pH de la solución. a través de dos hechos: La grava. cada una con un comportamiento peculiar en términos de consumo de ácido y cinética de disolución en función del pH..Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza 105 Tabla 5.2 Reacciones disolución de algunas minerales de ganga.Ca)2+ + 2Al3+ + 5H4SiO4 + (n-6)H2O Ca(Mg. A medida que la ganga se torna más alterada. 5. 5. La experiencia señala. Las menas hospedadas en matriz cuarzo-sericitica.Fe)(SiO3)2 + 4H+ = Ca2+ + (Mg. Reacción de disolución KAlSi3O8 + 4H+ + 4H2O = K+ + Al3+ + 3H4SiO4 NaAlSi3O8 + 4H+ + 4H2O = Na+ + Al3+ + 3H4SiO4 CaAl2Si2O8 + 8H+ + = Ca2+ + 2Al3+ + 2H4SiO4 (AlSi3O10)K(Mg. tal como se observa en la siguiente figura.Si5O10. . según la velocidad y extención en que reaccionan con el ácido. presentan un consumo alto de ácido.Fe)2+ + Al3+ + 3H4SiO4 (Mg.nH2O + 8H+ = (Mg. Las menas ubicadas en arenizca de cuarzo. 5. que la mayoría de los yacimientos porfídicos presentan una variedad de tipos de roca y/o alteraciones.1 Velocidad de solubilización para algunos silicatos comunes en función del pH(mineralógicas). Fig.Fe)3(OH)2 + 10H+ = K+ + 3(Mg. consumen pequeñas proporciones de ácido.2 Consumo de ácido para tres tipos de roca pertenecientes a la ganga.Ca)O. andesita y granito. consumen cantidades moderadas de ácido. como regla general se tiene que: Las menas de cobre hospedadas en rocas basálticas y diabasa del tipo que se encuentran en los yacimientos de la cordillera de la costa de Chile. se pueden clasificar en 5 categorías.Fe)2+ + H4SiO4 + 2H2O Fe2O3 + 6H+ = 2Fe3+ + 3H2O FeO(OH) + 3H+ = Fe3+ + 2H2O Log(velocidad de disolución (mol/cm2 seg) Especie Feldespato k Feldespato Na Plagioclasa Ca Biotita Montmorillonita Piroxeno Hematina Goetita 8 pH (kg/ton) Cosumo de ácido Fig. aumenta su reactividad al ácido y se puede ir subiendo en el cuadro de reacividades relativas a la alteración. Sin embargo.Los silicatos de la ganga.Al2O3.3 Cinética de disolución de la ganga(Mineralógicas). Las menas compuestas de monzonita. casi no consumen ácido. 4) (5. 5. dolomita y siderita. junto con incrementar su capacidad consumidora de ácido y la posibilidad de neutralizar soluciones cada vez más ácidas. lo que es concordante con la formación de estructuras moleculares más complejas y alteradas. Estas especies reaccionan con el ácido con gran rapidez. sericita o a caolinita están compuestas por minerales que están en equilibrio con las soluciones de lixiviación.1) (5.2) Ganga moderadamente reactiva: esta categoría está compuesta principalmente por ortoclasa.3). De esta manera la ganga. (5. consumira 8. Las gangas se pueden clasificar como: i. minerales que se disuelven de acuerdo a las reacciones de hidrólisis: KAlSi3O8 + 4H+ = K+ + Al3+ + 3SiO2 + 2H2O KFe3AlSi3O10(OH)2 + 10H+ = K+ + 3Fe2+ + Al3+ + 3SiO2 + 6H2O (5. piroxeno y plagioclasa de calcio (parte superior de la figura 5. Gangas levemente reactivas: las rocas que se han visto alteradas a cuarzo. ii. también aumenta su energía de formación. ya que estos pueden producir precipitados de CaSO4 y MgSO4. iv. Estas especies se disuelven relativamente rápida comparado con otros silicatos.4. El cuarzo no se disuelve en ellas y la sericita y la caolinita lo hacen muy lentamente. La existencia de un 1% de calcita en la roca. Debe tenerse cuidado con los minerales carbonatados.106 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza Fig. por lo que son ideales para mantener el Eh y pH de la solución lixiviante. así. biotita y albita. las soluciones van perdiendo su acidez y su capacidad oxidante más lentamente y el cobre puede disolverse mejor y más uniformemente para la misma altura de lecho de mineral. . la que muestra los resultados experimentales de recuperación de cobre y consumo de ácido de tres minerales de crisocola hospedadas en gangas de las categorías menos reactivas. liberando un catión. en comparación a las gangas más reactivas vistas anteriormente. Gangas medianamente reactivas: en esta categoría se encuentran la hornblenda.3) Estas especies son más lentas en disolverse que la hornblenda y la plagioclasa de calcio. v. Gangas altamente reactivas: son gangas que normalmente contienen proporciones significativas de especies carbonatadas que incluyen: la calcita. Ganga no reactiva: Las arenizcas cuarcíferas son casi inertes a las soluciones de lixiviación y la cinética de disolución de cobre tiende a ser perfecta. de acuerdo a las siguientes reacciones de disociación: CaAl2Si2O8 + 8H+ = Ca2+ + 2Al3+ + 2SiO2 + 4H2O Ca(Mg. lo que se ilustra en la figura 5.3 Reactividad creciente en función de la alteración de los silicatos de la roca. agua y CO2.Fe)3Si4O12 + 8H+ = Ca2+ + 3(Mg2+ + Fe2+) + 4SiO2 + H2O iii.6 kg de ácido por tonelada de mineral. con posibles efectos adversos. por eso. la sustitución de un grupo Si-OH por el enlace Si-O-Si.96). Como se mencionó anteriormente. Clorita. es influenciada por los mismos parámetros de pH/carga que gobiernan su formación. sin presencia de acomplejantes. comportándose mecánicamente como un fluido (Ingeominas).El análisis termodinámico (figura 5. la que se detallará a continuación. este diagrama es sólo aproximado. indica que el SiO2 es una especie estable en un amplio rango de pH y potencial. los que pueden tener mucha incidencia en los sistemas de lixiviación. 5.. H3SiO4-.7). Esta primera reacción de condensación. La formación de trimeros. lo que da lugar a la formación de un sol de partículas coloidales (2-3 nm). la presencia de un átomo de oxígeno nucleofílico en las especies cargadas Si-O-. sin embargo. en medio ácido: Grado de disolución Alta disolución Débil disolución Baja o nula disolución Especie mineralógica Anorita. las partículas se agregan.5). A continuación se muestran los niveles de disolución de mineraales silicatos. Actinolita. envuelve una sustitución nucleofílica de un átomo de oxígeno Si-OH sobre otro átomo de silicio. . Sericita. Epídota. A pH<7. existe cierta concentración de sílice en medio acuoso. este diagrama no toma en cuenta la naturaleza compleja del ácido silícico (H4SiO4) y los silicatos. en diferentes gangas. las especies de silicio son débilmente ionizadas y las partículas son lentamente formadas. pero la reacción es muy lenta. Ortoclasa. Vermiculita. acelera la reacción. Caolinita.5) En principio.7). sobre pH 7. encuentrándose principalmente como monómeros (figura 5. este proceso de polimerización podría tener lugar entre 2 especies neutras. Montmorillonita. Gibsita. Saponita Nontronita Augita. lo que conduce a la formación de un enlace siloxano (Si-O-Si). % (kg/ton) Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza Cosumo de ácido 107 Tiempo de lixiviación Fig. el ácido silícico es la principal especie en medio acuoso (figura 5. Rapidolita. el incremento de la concentración y en especial al alcanzar su solubilidad máxima. ocurriendo una condensación en lugar de una cadena de oligomeros. Entre pH 2 a 7. Piroílita. H2SiO42-. la disolución de especies silicatadas. procede de manera similar con generación de agua (figura 5. Illita. incrementa la carga de los átomos de Si. sin embargo. siendo la primera de ellas. producen ácido sílico. el ácido silícico conduce a la formación de especies dimeras. por lo que es importante comprender la química de esta especie. Biotita.4 Recuperación de Cu y consumo de ácido en tres minerales de crisocola. El movimiento Browniano. Consideraciones estéricas y electroestáticas. ellos pueden llevar una gran carga negativa y el proceso es muy rápido(Coradin).Recuperación de Cu. el enlace siloxano entre grupos superficiales silanol ocurre de acuerdo a la reacción (4. Las especies disueltas de silicio en medio acuoso. Cuarzo 5. los que se convierten más electrofílicos y constituyen sitios preferenciales para posteriores adiciones de monómeros. hace posible la colisión y si el tiempo de contacto es suficiente. concordante con la liberación de una molécula de agua(Coradin): Si(OH)4 + HO-Si(OH)3 → (OH)3Si-O-Si(OH)3 + H2O (5. la predominante en medio ácido. implicando la formación desfavorable de especies de silicio pentacoordinados. En estos oligomeros. tetrameros y oligomeros. son las siguientes: H4SiO4. Albita. sin relación entre si. tal como se verá a continuación.6). Hornblenda. no obstante.4 Ácido silícico y fomación de precipitado gelatinoso. A pH<7. La nucleación. Granate Moscovita. en ausencia de sales u otros aditivos. debido sólo a las débiles repulsiones electroestáticas existentes. debido a que estos son más perjudiciales que la presencia de los materiales finos.2 -1. con grandes cavidades llenas de agua (gel. forma un gel en aproximadamente 5 min a temperatura ambiente. en que los valores de X e Y.8 -1.5 a 3.4 -0.Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza 108 hacen que posteriores adiciones de partículas tengan lugar al final de las cadenas elongadas. En la figura 5.0 0. la velocidad mínima es obtenida a pH 2.10. en la siguiente sección se trata del control de la disolución de la ganga. se muestra la solubilidad de la sílice en función de la temperatura. las interacciones electroestáticas entre las partículas cargadas. aceleran el proceso de condensación. tales como: velocidad de polimerización. especialmente a pH>7. que ha pH<3 el gel fromado se estabiliza con sales metálicas como las de aluminio y cromo(recurtidos). Por ejemplo.7 con un aumento de solubilidad de 120 a 192 ppm (Pokrovski). 1.6 0.7). al menos termodinámicamente. El precipitado tiene aspecto de una masa gelatinosa e incolora. Conforme las fibras crecen.0 SiH4 -1. los cuales resultan en estructuras fibrilares (figura 5.9). las moléculas de ácido silícico tienden a formar partículas esféricas. las partículas principales incrementan en tamaño y disminuyen en número. Se sabe que los cationes metálicos. Un incremento en la temperatura promueve el proceso de polimerización. El ácido silícico puede formar diversos complejos. se tiene un incremento de la solubilidad de la sílice. bajo las mismas condiciones no se presenta gelación después de varias horas. Como se mencionó anteriormente. por eso. esta velocidad se incrementa por dos órdenes de magnitud entre pH 3 a 5 y por más de dos órdenes entre pH 6 a 9. Se ha reportado. figura 5. además de incrementar la formación de crud en la SX. la longitud de las cadenas o el tamaño de la macromolécula dependen de diversos factores.8).4 0 2 4 6 pH 8 10 12 14 . mientras a 0. la reacción de polimerización es de segundo orden. cuya composición no responde a la formula simple H2SiO3 (ácido metasilícico) ni a H4SiO4 (ácido ortosilícico) sino a otra más general xSiO2. a pH 7 una solución de ácido silício de 0. ellos interactuan con las especies silicatos cargados negativamente y apantallan la carga superficial de las partículas.2 -0. En general. se ha propuesto. varían de acuerdo a las condiciones en que se produce la precipitación.1 M. las soluciones que conducen a sols estables en la ausencia de sales.2 -0. lo que favorece su agregación (coagulación). la temperatura y la concentración de moléculas extrañas (Hernández) . es dependiente del pH. las adiciones también ocurren sobre los lados laterales de las cadenas y se forma una red tridimensional abierta. hasta que la diferencia en solubilidad entre las más pequeñas y grandes se convierte despreciable.8) ( Coradin). como por ejemplo. se muestra la influencia del aluminio en solución.yH2O. que en el proceso de polimerización. Sobre pH 2. las partículas pequeñas se disuelven y son redepositadas sobre las más grandes. observándose que al aumentar la temperatura se incrementa la solublidad de la sílice. cuya estructura interior está constituida por enlaces de siloxano. observándose que a pH entre 1. pH.4 SiO2 0. a pH mayores la solubilidad presenta un gran incremento (figura 5. la solubilidad de las partículas se reduce con un incremento del tamaño. estos son el enlace de dichas partículas con el agua circundante (Ingeominas).6 -0. con un peak a aproximadamente pH 2. obteniéndose un sol monodispersado (partículas del mismo tamaño) cuya estabilidad se incrementa con el valor del pH (figura 5. por eso. y en cuya superficie se encuentran grupos hidroxilo (OH). manteniéndose casi constante a pH<8 con un valor aproximado de 140 ppm. La solubilidad máxima de la sílice. el principal parámetro que controla la cinética de polimerización es el pH. forman un gel a baja concentraciones de NaCl Coradin). En contraste a pH>7. concentración de sílice.2 1.5 M. se debe evitar la presencia de estos materiales gelatinosos. en la figura 5. V H3SiO4 - 0. limitan el proceso de agregación.5. el AlH3SiO42+ en presencia de Al3+(Pokrovski) o el complejo SiF62-.11.0 Eh. consecuentemente. la velocidad de reacción se incrementa rápidamente con la concentración del ácido silícico.8 0. 002 0. 5. 25°C.Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza 109 Fig. .7 Polimerización de la sílice. Si: .005 H4SiO4 H3SiO4- H2SiO42- Especies de Si. 5.001 0 0 1 2 3 4 5 6 pH 7 8 9 10 11 Fig. 0.004 0. los cuales. el ácido monosilícico se condensa para formar estructuras dimericas. trimericas y tetramericas. Fig. evolucionan para formar partículas con tamaños en el rango nanométrico). O: .003 0. En solución acuosa.5 Diagrama Eh-pH del sistema Si-H2O.6 Diagrama de especies de complejos de Si. (Coradin). 5. M 0. H: . el cual conduce a la formación de gel. A pH<7.Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza 110 Agregación fibrosa Formación de gel Fig. 5. 5. el cual forma un sol estable. 1200 1100 experimental termodinámico SiO2 solución.9 Variación de la solubilidad del silicio en función del pH(Peairs). 400 360 SiO2 solución. A pH>7. 5. ppm 320 280 240 200 160 120 80 Co nsidera co mplejo A l/Si No co nsidera co mplejo A l/Si 40 0 0 1 2 3 4 pH 5 6 7 8 Fig.10 Análisis termodinámico de la solubilidad del silicio debido al complejo AlH3SiO42-. las partículas sufren agregación fibrosa. el proceso conduce a un crecimiento de partículas granes. ppm 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 0 1 2 3 4 5 pH 6 7 8 9 10 11 Fig. . Al: 7g/l(Pokrovski).8 Formación de sol-gel. reduce la cinética de lixiviación. sino que también mejora las características mecánicas de la mena y del comportamiento hidráulico de la pila porosa. reduciendo por esta vía la solubilidad actual. no sólo asegura una distribución uniforme de los agentes lixiviantes. Sin duda. Una buena aproximación al control de sílice coloidal. .6) Se ha observado que la superficie de la sílice y los silicatos. y en especial de cobre. ppm 200 150 100 50 0 5 10 20 15 Temperatura. por la aplicación de una etapa de curado ácido. es evitar su disolución desde la mena original. En tal sistema. Esto produce la deshidratación superficial de los minerales alumino silicatos de la mena.5 Control de disolución de los silicatos(Farías-Menacho). ocasiona los siguientes inconvenientes: pobre permeabilidad. son especies no deseadas en un sistema hidrometalúrgico. es aquel que minimiza la exposición superficial a la solución acuosa. el estado de menor energía superficial.La sílice coloidal y los silicatos. está normalmente cubierta con una monocapa de grupos hidroxilos. haciendo que las partículas vecinas sean químicamente cementadas.. 5. debido a la alta tensión de los enlaces Si-O-Si y pueden reaccionar en las posiciones de las intercapas o intercadenas en las hojas y cadenas de los silicatos. sin embargo. siendo a menudo. el silicato de cobre la especie valiosa mayoritaria. baja recuperación y una pobre separación sólido/líquido. mantienen una estabilidad limitada. vuelven la superficie hidrofóbica y virtualmente insoluble en solución acuosa. 5.11 Variación de la solubilidad de la sílice con la temperatura(Peairs). los grupos superficiales siloxanos. tal como se muestra en el diagrama siguiente: (5.111 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza Silice como SiO2. Posteriormente. los cuales bajo condiciones apropiadas son removidos parcialmente. La presencia de las especies de silicio nombradas. ºC 25 30 35 Fig. con un fuerte efecto de sulfatación.7) La remoción de los grupos hidroxilos. en un sistema de lixiviación. El curado ácido. de acuerdo a la siguiente reacción: AlaSibOc(OH)d curado ácido Al Si O a b c+e + (d-e)H2O (5. el curado ácido es uno de los mayores desarrollos de la tecnología moderna de lixiviacion. estos son los más abundantes en las menas. se observa la mayor velocidad de sedimentación de la muestra curada.13 Efecto del curado ácido. En la primera gráfica.5Mg2Al2Si3O10(OH)2 + KFe3(SO4)2(OH)6 + 0.12H2O + 0.9) NaAlSi3O8 + 4H4SiO4 + H+ = NaSi7O13(OH)3.12 Efecto del curado ácido en disolución de las arcillas.2 Faría).8) . 5. cm Fig.5SiO2 biotita alterada vermiculita jarosita CaAl2Si2O8 + 2H4SiO4 + H2SO4 = CaSO4.10) (5.Fe)2Al2(SiO4)3 + 3H+ + 0. 5. h Altura de Sedimentación. en la velocidad de sedimentación de una mena de Cu porfírica(Fig. se observa la gran disminución de la solubilidad del silicio en solución.5HAl(SiO3)2 feldespato Na magadita pirofilita (5.13.2H2O + 2HAl(SiO3)2 + 4H2O Anortita yeso pirofilita (5. Sin curado Con curado.12 y 5.= 0.5O2 + Fe3+ + 2SO42.K)2(Mg.112 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza En las figuras 5. 10 SILICE DISUELTA. 24 kg/t Tiempo de Sedimentación. puede ocurrir la transformación parcial o total de ciertos silicatos a otras especies. en la estabilidad de los silicatos solubles en medio ácido. Mena de cobre porfírico. En la segunda gráfica.-En el ataque ácido de la ganga. 5. min Fig. A continuación se muestra las reacciones de la transformación de ciertos silicatos: (H. se muestran la influencia del curado. g/l 8 6 4 2 0 TIEMPO DE LIXIVIACIÓN. al aumentar la dosis de ácido en el curado.6 Transformación de la ganga bajo condiciones de lixiviación(Jansen). empieza a aproximadamente a pH>1. En la figura 5. Al3+ Pirofilita. pirofilita.+ 2H2O = CaSO4. paralelamente de problemas en el aumento del crud. importante en la disolución de varias especies valiosas.4 y 5.4. ocasionando una disminución del poder oxidante del medio. sílice caolinita. especialmente en lixiviación en pilas.+ 3Al3+ + 6H2O = KAl3(OH)6(SO4)2 + 6H+ 3+ 2+ Al + SO4 + H2O = AlOHSO4 + H Ca2+ + SO42. se presenta el diagrama de especies del sistema Al. .12H2O + H+ (Pirofilita) (Caolinita) (Vermiculita) (Clorita) (Jarosita. ocasionando una oclusión de las vías de acceso a la especie de interés o recubrir la superficie de reacción misma. formándose el hidróxido de aluminio a pH>3. acompañando a los productos sólidos alterados 5. se tiene que la concentración de Al en solución es constante en la presencia de los precipitados. En la figura 5. lo que tiene similitud con los análisis en solución de este elemento en las soluciones industriales. Ca2+. También se debe considerar. K. Opción 1: H4SiO4. con la disminución de esta especie oxidante en solución.2H2O K+ + 2SO42. 2Al3+ + 4H4SiO4 = (Si4O10)Al2(OH)2 + 6H+ + 4H2O 2Al3+ + 2H4SiO4 + H2O = Al2O3. sílice Vermiculita Ninguno Opción 3: alteración directa Ninguno Vermiculita H4SiO4. tal como se observa en las reacciones anteriores. A continuación se presentan las reacciones de precipitación de diferentes especies. estos tienen otro efecto perjudicial. debiendo considerarse que existiría un error asociado. En las tablas 5. normalmente se presentan al estado coloidal.7 Formación de precipitados(Jansen).15. Na. caolinita.+ 6H2O = MFe3(SO4)2(OH)6 + 6H+ Fe3+ + 2H2O = FeOOH + 3H+ H4SiO4 = SiO2.2SiO2.Mg)3Si2O9 + 6H+ 3Fe3+ + M+ + 2SO42. caolinita Ácido sulfúrico liberados/precip/alteración jurbanita Opción 2: alteración directa Ninguno Cal Pirofilita H4SiO4 Feldespato Na Opción 1: H4SiO4. En ambos casos.Durante la lixiviación ácida de la ganga. Al vermiculita. lo que puede tener efectos negativos en el proceso.2H2O Na+ + 7H4SiO4 = NaSi7O13(OH)3. según las condiciones de cada planta. observándose que la alunita es precipitada preferencialmente en medio ácido. K+.14. Productos Productos Mineral alimentado Productos de Productos sólidos liberados en ensolución del a lixiviación precipitación(1) de la alteración(2) solución silicato alterado(3) Biotita Magadita. Ácido sulfúrico 2+ 2+ 3+ liberados/precip/alteración Fe . Fe3+ Feldespato K o plagioclasa Opción 1: Sílice. dependiendo si alcanzan los Kps respectivos. M= K. alunita. se muestra el diagrama de especies del sistema Al. ocasionando inconvenientes en la percolabilidad de los lechos. que se presentan en medio ácido y en especial en el proceso del Cu. H4SiO4. alofana. clorita Opción 2: alteración directa Ninguno Jarosita. SiO 2.113 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza Tabla 5.Mg)2+ + H2O + 2H4SiO4 = H4(Fe. H) (Goetita) (Silice amorfa) (Alunita) (Jurbanita) (Yeso) (Magadita) Con respecto a los precipitados de Fe(III). Mg . que está relacionada. debido a que la reprecipitación puede presentarse sobre cualquier superficie.5. puede ocurrir la reprecipitación de algún elemento en solución. Magadita liberados/precip/alteración Al3+ Opción 2: alteración directa Ninguno Ninguno Magadita Ácido sulfúrico (1) (2) (3) derivado desde los productos del rompimiento de mineral derivados desde los productos del rompimiento de mineral o desde la alteración directa de minerales alimentados productos desde solución de la alteración del silicato. alunita. es debido a que estos precipitados. Otro de los problemas graves en la formación de los precipitados. Na+. en especial de los carbonatos y silicatos. donde se tiene que este elemento no aumenta de cierto valor. Yeso. observándose que la precipitación de la caolinita.2H2O + 6H+ 2Mg2+ + 2Al3+ + 3H4SiO4 = Mg2Al2Si3O10(OH)2 + 10H+ 3(Fe.3 Opciones de reacción en la lixiviación de la ganga silicatada en lixiviación en pilas. se tiene una regeneración del ácido. se presentan diferentes valores termodinámicos.. por tipo de ganga. que en la gran mayoría de reacciones de precipitación. los que pueden ser usados para analizar los diferentes sistemas. si estos precipitados coloidales llegan a la etapa de SX. 11 Al(OH)SO4 = Al3+ + SO42.4 Constantes de diferentes precipitados. . cal/mol Caolinita.2 Tabla 5. las especies mineralógicas que se disuelven y los precipitados que se forman. Al2Si2O5(OH)4 .67 Al2Si2O5(OH)5 + 6H+ = 2Al3+ + 2H4SiO4 + H2O -6. Reacción Log(k) Al(OH)3 + 3H+ = Al3+ + 3H2O 8.23 Al4(OH)10SO4.4 Fe(OH)3(am) + 3H+ = Fe3+ + 3H2O 3. Reacción ΔG°f.H2O = 4Al3+ + SO42. Concentraciones totales: Al=20 g/l. se muestra en forma esquematica. K=3g/l. en el sistema de LIX/SX de una mena de cobre. Tabla 5.+ 10OH. alunita.2 α-FeOOH + 3H+ = Fe3+ + 2H2O 0. g/l 60 50 40 30 20 Al(3+) K(+) 10 Alunita Al(OH)3 0 0 1 2 3 4 5 pH 6 7 8 9 10 Fig. SO4=100.5 MnSO4 = Mn2+ + SO422. 5.904200 Paragonita NaAl3Si3O10(OH)2 -1331352 Pirofilta Al2Si4O10(OH)2 -1258811 Albita NaAlSi3O8 . K. presentes desde soluciones de lixiviación ácida(Urban).6.5 Energías libres de formación de distintas especies de interés.Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza 114 En la tabla 5.+ 6OH85.886734 70 concentración de especies.+ OH17.14 Diagrama de especies del sistema Al.+ 11H2O 117.7 KAl3(OH)6(SO4)2 = 3Al3+ + K+ + 2SO42. K. Concentraciones totales: Al=20 g/l.2H2O.15 Diagrama de especies del sistema Al.115 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza 50 140 100 30 Caolinita 80 SiO2. Caolinita g/l 120 40 40 10 20 0 0 0 1 2 3 pH 4 5 6 Fig.2H2O Al(3+) 20 60 H4SiO4 H4SiO4. SiO2. SiO2=300ppm. 5. caolinita. . ppm Al(3+). Fe)3Si2O9 Fe3O4 CuSiO3 CuO FeO(OH) Fe2O3 Silice Vermiculita Clorita Caolinita Magadita Carbonato Ca CaCO3 Plagioclasa CaAl2Si2O8 Amfiboles Montmorillonita Piroxeno H2Al2Si4O12.6 Esquema simplificado del ciclo geoquímico de la lixiviación en pilas de una mena de óxido de Cu.nH2O Sólidos Precipitados PLS Refino Goetita FeO(OH) HAl(SiO3)2 Jarosita KFe3(SO4)2(OH)6 SiO2 Mg2Al2Si3O10(OH)12 H4(Mg.Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza 116 Tabla 5. Reacciones en Pilas (Inicial) Precipitación/Alteración en Pilas (Inicio) Planta SX/EW Precipitación/Alteración en Pilas (Final) Ácido reacción Consumo de Ácido Liberación de Ácido Liberación de Ácido Liberación de Ácido Concentrado del ácido H+ H+ H+ H+ Mena Agua make-up Sólidos de reacción Solución de reacción Sólidos Disueltos Sólidos Precipitados Feldespato Na NaAlSi3O8 Solución Illita Feldespato K KAlSi3O8 de Lixiviación Pirofilita Biotita Clorita Magnetita Crisolcola Tenorita Goetita Hematita (H.Fe)2Al2(SiO4)3 H4(Mg.2H2O MnHPO4 AlOHSO4 Iones liberado Iones Consumidos Ión Consumido Cu2+ Na+ Cu2+ K+ Fe2+ Ca2+ Na+ Al3+ Fe3+ 2+ Ca 2+ Mg Al3+ Fe2+ Mn2+ Mn2+ Fe3+ SiO2 OH- Al3+ Mg2+ Mn2+ SiO2 OH- Cátodo de Cu Iones Consumidos K+ .K)2(Mg.3H2O Alunita Yeso KAl3(SO4)2(OH)6 CaSO4.Fe)3Si2O9 H4Al2Si2O9 NaSi7O13(OH)3. Por lo anterior. teniendo como resultado un alto grado de dispersión y un maximo desarrollo de propiedades coloidales. es decir. Su estructura puede presentar disolución química en medio ácido. perjudica aún más los problemas de percolabilidad. normalmente se encuentan como partículas finas en las operaciones de tronadura. Al3+. con los problemas de percolailidad asociados (Hjelmstad). se enumeran los distintos problemas ocasionados por las arcilas o fino en lixiviación en pilas: Presentan baja permeabilidad intrínseca. pudiendo así. al inicio se detecta la presencia de iones K+. por lo representa un consumo extra del reactivo (caolinita. En la figura 5. con su consiguiente hinchamiento.8 Comportamiento las arcillas en lixiviación en medio ácido. reduciendo así. Paralelamente. siendo su presencia relacionada a ganga muy alterada. la presencia de iones Al3+ y Mg2+.En muchos yacimientos mineros. fenómeno que se ve favorecida si en la estructura se tiene la presencia de Na en lugar Ca y Mg.. tienen una carga negativa. se ha demostrado la existencia de arcillas. K+. relacionada a los cationes de la especie valiosa (Cu). Liberación de iones contaminantes a la solución de lixiviación (Na+. que las partículas más finas formadas.117 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza 5. Incrementan la compactación de la pila Debido a su tamaño fino. conduce a la sustitución de sus cationes por protones. etc). los protones adsorbidos difunden hacia los sitios activos de la estructura. debido al intercambio con H+. El cual tiene dos componentes: física. sin embargo. se tiene el taponamiento de los canales por donde fluiría el medio acuoso(Hjelmstad). Disminución de la recuperación de la especie valiosa (Cu). H4SiO4. producto de la falta de permeabilidad del lecho y capilaridad. Ca2+. pueden migrar a otras zonas. Se ha reportado. produciendose una reacción química (rompimiento de los enlaces químicos y formación de nuevos enlaces) y los productos de reacción solubles son desorbidas en la fase acuosa. Disminución de la permeabilidad y aereación de los lechos a lixiviar. hasta que se depositan. debido a su tamaño fino (<2 µm). debido a su alta capacidad de intercambio de Cu.16 se presenta la influencia del contenido de arcilla en la permeabilidad de un lecho. que corresponde a la solución de lixiviación atrapada mecánicamente en el interior de los ripios. Ocasionan que se presente canalizaciones en el lecho. esmectita). Disminuyen la estabilidad de la pila. chancado y lixiviación. hacer la lixiviación una operación desfavorable (Gomer). un contenido aproximado mayor a 20% presenta una disminución significante en la permeabilidad. Mg2+. varía de alta a baja como sigue: montmorillonita Ca > montmorillonita Na > Atapulgita > illita>caolinita > ripidolita. Adsorben ácido. y química. Para el caso del Cu. Estas especies. ocasionando la constriccón de esta área. tienen el potencial para intercambiar una mayor porción del Cu disuelto. atrapados por intercambio iónico en la red cristalina (adsorción). . el paso de solución acuosa a través de su estructura(Tavani). su propiedad de hichabilidad. haciendo que se repelan entre sí. dependiente del porcentaje de arcilla. A continuación. Ca2+. Debido a su capacidad de absorción de solución acuosa a su interior. aumenta aún más los problemas de percolación. se ha determinado que la capacidad de intercambio de este ión para distintas arcillas. Na+. haciendo más finas las partículas. debido al fenómeno de impregnación. en los cuales se utiliza el proceso de lixiviación en medio ácido. Las arcillas de montmorillonita. es la poca influencia de la temperatura en la capacidad de intercambio. la estructura original puede desintegrarse en cristales más pequeños. Otro factor importante a tener en cuenta. ya indica la ocurrencia del ataque químico de la estructura (Tavani). Lo anterior. observándose que para este caso. El ataque químico con la adsorción del ácido sobre la superficie de la arcilla. luego. aumentando su dispersión en el fluido. Realizar mezclas con material mucho menos alterado. con el fin de aumentar la adhesión de las arcillas con las parículas más grandes. A continuación. Contar con la presencia de ciertos iones. para el caso del Cu. donde no debe ocasionar problemas Con respecto al uso de aglomerantes en el control de arcillas. Operar a la máxima acidez posible las soluciones de lixiviación(Gomer). 5. en la permeabilidad del lecho de una muestra de cobre arcillosa. Por lo anterior. Intentar el uso de aglomerantes. Agregar la cantidad suficiente de ácido en la etapa de curado. el posterior cegamiento del lecho(Miller). ya sea orgánicos u inorgánicos. para satisfacer el requerimiento de agua de las hinchabilidad de las arcillas y evitar así. tal como se describió anteriormente. Minimizar la concentración de Cu en la solución de refino(Gomer). El uso de rectivos orgánicos u inorgánicos.118 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza Fig. los que deben superar ciertas concentraciones. se presentan diferentes medidas que se pueden realizar con el fin de contrarrestar los efectos negativos de las arcillas: Tratar de producir la mínima cantidad de finos en la explotación del mineral y en la etapa de chancado. Mg(Gomer). es necesario estar preparados con el fin de poder tratar los minerales arcillosos. Se debe agregado suficiente cantidad de líquido en la etapa de curado.17 muestra la influencia de un polimero catiónico.16 Influencia de la cantidad de arcilla en la permeabilidad de un lecho(Salomon). observándose claramente los efectos positivos del reactivo. esta acción da estabilidad a la ganga. tales como: Al. . debe ser compatible con la etapa de SX. la figura 5. Para finalizar. se debe comentar que los estudios relacionados a la ganga en medio ácido y su influencia en la lixiviación de la especie valiosa. 5.119 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza Fig. orientados al control de la ganga. EL MINERAL SE PEGA A LAS CORREAS . está muy poco estudiado. en especial los del tipo más alterados.17iviación con ácido sulfúrico de una mena de Cu arcillosa(Hjelmstad). por lo que se deben realizar más estudios. 120 VI. Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza MODELOS Y MECANISMOS El equilibrio de una reacción, puede ser predicho de acuerdo a cálculos termodinámicos. Sin embargo, hay muchas situaciones donde las reacciones no están de acuerdo con la termodinámica, lo que se debe a que la termodinámica no da información acerca de la velocidad de reacción con que se llega al equilibrio. Se denomina cinética, al estudio de la concentración de los componentes de una reacción en función del tiempo. El estudio cinético de una reacción puede realizarse siguiendo la velocidad de aparición de los productos o la de desaparición de los reactantes. Para esto, es necesario definir el término velocidad racional Vr, el cual se define como la velocidad de aparición o desaparición molar de un componente entre su coeficiente estequiométrico. Por ejemplo para la reacción general: aA + bB = cC + dD (5.1) 1 dn A 1 dn B 1 dn C 1 dn D Vr a dt b dt c dt d dt (5.2) Numero de moles En general la lixiviación de un mineral ocurre normalmente por la siguiente secuencia de pasos: i. ii. iii. iv. v. Difusión de reactivos a través de un film de fluido que rodea la superficie de la partícula. Esto puede aparecer, debido a que la concentración del reactivo en la superficie de la partícula es diferente al del seno de la solución. Adsorción de los reactivos en la superficie de la partícula. Reacción de los reactivos con la superficie sólida. Desorción de los productos de la superficie de la partícula. Difusión de reactivos a través del film de fluido Si la reacción produce un producto sólido debe considerarse dos pasos adicionales: vi. vii. Difusión de los reactivos a través de la capa porosa. Difusión de los productos a través de la capa porosa. Normalmente, uno de estos pasos es más lento que los otros y sería el que controla la velocidad de reacción, aunque debe aclararse, que existen sistemas en los cuales pueden ser dos ó más etapas las más lentas. Según sea el caso, se han desarrollado modelos matemáticos para describir los diferentes tipos cinéticos de una reacción, estos a su vez dependerá de la forma geométrica de la partícula. A continuación, se presentan diferentes modelos de lixiviación presentes en la literatura, aunque se debe aclarar, que existen otros modelos, pero debido a su complejidad no serán tratados aquí. 6.1 Especies inicialmente puras Estos modelos se aplican, idealmente a especies 100% puras, lo que se puede alcanzar a nivel laboratorio. Considerando sólo los siguientes casos, como los controlantes de la velocidad de la reacción: Difusión a través de un film de fluido Difusión a través de un producto sólido Reacción química en la superficie 6.1.1 Difusión a través de un film de fluido.- Consideremos la siguiente reacción general: aAsólido + bBsolución = Productos en solución (5.3) en este caso, existe un film de fluido de espesor , donde la concentración del reactivo B varía, es decir, B debe difundir a través de este film, existiendo un gradiente de concentración, lo que se produce, si la velocidad de reacción química es muy rápida, lo que provoca, una disminución de la concentración del reactivo, en la superficie de la partícula con respecto al seno de la solución, por lo tanto, se puede considerar que la concentración del reactivo es cero en la superficie del sólido. Cuando la agitación del sistema es constante, el espesor del film no varía y se obtiene un estado estacionario, bajo estas condiciones la cantidad de material que entra es igual a la que sale dentro del film. En la Figura 5.1, se presenta una esquematización de la distribución de especies del sistema. Bajo estas condiciones, se puede aplicar la primera ley de Fick, para la difusión de B, tal como se muestra a continuación: Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza 121 JB D donde: JB CB x D dCB dt (5.4) flujo másico molar, mol/cm2 seg. concentración en una posición x, mol/cm3. coordenada de posición (medida perpendicularmente al plano del sólido), cm. coeficiente de difusión, cm2/seg. El signo negativo de JB, se debe a que el flujo de B, es en el sentido de la disminución de B. En el estado estacionario, el flujo (JB) que atraviesa la superficie es consumida por la reacción (5.1), luego: JB donde: nB A t 1 dn B A dt (5.5) moles de B que llegan a la superficie del sólido, mol área del sólido, cm2. tiempo transcurrido, seg. C CB CBo CDo CD X 0 Capa de Difusión Solución Bulk JB Sólido (A) Solución (B) Fig. 5.1 variación de la concentración del reactivo, en el estado estacionario, igualando (5.4) y (5.5), se tiene: JB 1 dn B dC D B A dt dx (5.6) Para la solución de la ecuación anterior, se considera que D es constante, aunque debe aclarase, que este parámetro presenta cierta variación con la concentración. Con respecto a la concentración de B, en la realidad presenta una variación de acuerdo a las líneas punteadas de la figura 5.1, pero para consideraciones prácticas se considera que esta varía linealmente hasta x=. Luego la ecuación (5.6) puede expresarse de la siguiente manera: 122 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza 1 dnB (C C ) D B Bo A dt (5.7) Como se dijo, se considera que la reacción química es muy rápida, con lo que podemos asumir, que la concentración de B en la superficie es despreciable (CBo0). Además, si la razón líquido/sólido es alta, se puede considerar que la concentración en el seno de la solución permanece constante, es decir, CB = cte, luego se tiene: 1 dnB DC B A dt (5.8) de la ecuación (5.2) se tiene que: dn A dn B adt bdt (5.9) haciendo = b/a, se obtiene: dn A 1 dn B dt dt (5.10) combinando (5.8) y (5.10), se tiene: dn A ADCB dt (5.11) A continuación, se detallarán diferentes modelos de acuerdo a la geometría de la partícula. 6.1.1.1 partícula plana.- en este caso, consideremos que estamos lixiviando un sólido de geometría plana, el cual tiene un área A y volumen molar Vm, además, consideraremos que el área tiene dimensiones mucho mayores con respecto a la longitud de la partícula, y así, poder suponer que el área permanece constante a través del tiempo. Si l, es la longitud en la dirección perpendicular al plano sólido, tal como se muestra en la gráfica, se tiene: Vm = Al/nA (5.12) para un tiempo dt, se tiene: Vm = A dl/dnA (5.13) A l Para un dt, se habrán consumido una cantidad molar del sólido dado por dnA y una longitud dado por dl, luego de (5.13) se tiene: dn A A dl dt Vm dt (5.14) reemplazando (5.14) en (5.11), se tiene: V DC dl m B k1 dt σδ (5.15) como se observa, la interfase de la reacción se mueve con velocidad constante, luego integrando la ecuación (5.15) con t=0 l=lo (lo, longitud inicial de la partícula), se tiene: l = lo - k1t (5.16) cm es el radio inicial de la partícula.)1/3 (5.24) de la ecuación se tiene: d 31 dt ro 2/3 dr dt (5. se obtiene: 1 1 1/ 3 VmDCB t ro (5.20) y (5.. se tiene: 3 r Vo Vt V 1 t 1 Vo Vo ro donde: Vo Vt r ro (5.18) el numero de moles de la partícula esférica está dada por: 4r3 nA 3Vm (5. se tiene: d 3r2 dr 3 dt rO dt (5.23).17) reemplazando en (5.26) ordenando: 3V DC d m B dt 2/3 ro 1 (5. con el siguiente límite (t=0 =0). se tiene: V DC dr m B cte dt (5.25): d 3VmDCB 1 dt ro 2/3 (5. se tiene que el área de la partícula va disminuyendo conforme va transcurriendo la reacción. se tiene: dn A 4r2 dr A dr dt Vm dt Vm dt (5. cm3 es el radio de la partícula en un tiempo t.28) haciendo: k2 luego: VmDCB ro (5.29) . se tiene: 4r2DCB dn A dt (5. cm3 es el volumen de la partícula en un tiempo t.20) de (5.25) reemplazando (5.11).22): r = ro(1 .11).22) es el volumen inicial de la partícula.1.19) diferenciando la ecuación anterior.27) integrando la ecuación anterior.1.2 partícula esférica.123 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza 6. cm despejando r de (5.en este caso.21) en (5. luego para una partícula de radio r se tiene: A = 4r2 (5.21) definiendo a como la fracción de la partícula que ha reaccionado.23) diferenciando la ecuación (5. el número de moles del sólido A sin reaccionar es nA.33) se tiene: ADE dCB dn A dt dl (5. CB CBo só lido CDo pro ducto só lido po ro so so lució n CD l Fig.. tal que CBo0.Este caso se ilustra en la figura 5.(1 – k2t)3 (5.(1 – ket)3) resultaría en una recta.33) donde l.2) y (5. si el sólido inicialmente tiene no moles y después de un tiempo t.34) porosidad del residuo sólido tortuosidad del residuo sólido combinando (5. el cual está dado por: DE = D / donde: (5.30) o también: = 1 .1. Luego..2 Difusión a través de un producto sólido.37) Si suponemos que el residuo sólido ocupa el mismo volumen que la fracción de sólido original. la ley de Fick se expresa de la siguiente manera. se tiene: AD C dn A E B dt l (5. Aquí también se considera que el área de la partícula permanece constante. para una partícula plana.Cuando la reacción de lixiviación produce un residuo sólido. aAsólido + bBsolución = cCsólido + productos en solución (5.36) asumiendo que la reacción química es muy rápida. se tiene que conforme procede la reacción el volumen de la partícula no varía y esto hace que se produzca un residuo poroso. los reactantes y productos deben difundir a través de este residuo poroso y esta difusión puede ser el que controla la reacción.124 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza 1 . es la longitud del residuo sólido a un determinado tiempo y DE es el coeficiente efectivo de difusión. 5.1 partícula plana. 6.2. con el transcurso del tiempo este sólido crecerá.(1 .1. JB 1 dnB dC DE B A dt dl (5.35) o también: ADE (CB CBo ) dn A dt l (5. Al igual que en el caso anterior. haciendo que la velocidad de la reacción disminuya.32) 6.)1/3 = k2t (5.31) es decir un gráfico de vs (1 .2 formación de un residuo sólido poroso.2. se tiene que: . si esto fuera cierto. 40) derivando con respecto al tiempo.43) dt VmDECB (5. residuo po ro so ro nucleo recesivo r C Bo CB Fig. la partícula mantiene un radio constante ro.38) donde.42) (5. alrededor del cual se va formando el residuo sólido.38) en (5.46) esta última ecuación tiene forma parabólica.2. con una constante k. se llega a la ecuación (5. existe un núcleo sin reaccionar (núcleo recesivo) de radio r el cual va disminuyendo con el tiempo.125 Vm Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza Al n o nA (5.2 partícula esférica. 6.1. integrando la ecuación anterior obtiene: l 2 = 2k3 t (5.3 formación de un residuo sólido poroso. se asume que este residuo ocupa el volumen original de la partícula. para una partícula esférica análogamente al caso anterior. Vm es el volumen molar de la partícula A.45) si se tiene que para t=0 l=0.47) . Esta ecuación también se puede expresar como: l (no nA )Vm A (5.44) luego: l dl = k3 dt (5. es decir. Al igual que el caso anterior.En esta caso.35) que en esta caso sería: AD dC dn A E B dt dr donde: (5.2.41) reemplazando (5.. 5.41): dl VmDECB dt l VmDECB l dl sea: k3 (5. se tiene: V dn dl m A dt A dt (5. tal como se ilustra en la figura 5. 3 Reacción química en la superficie.53) (5.3) área de la interfase núcleo recesivo y residuo poroso luego: 4r2DE dCB dn A dt dr (5. luego: 4 DE dn A r dr 2 r o dt r CBo CB dCB 4 DE CB CBo dn A ro r dt rro (5.57) haciendo: k4 2Vm DECBo ro2 (5.20). está dada por: dn A Ak o Cioni dt i (5..52) V DC dr ro m E Bo dt rro r (5.58) luego: 2 1 (1 ) 2 / 3 k4t 3 (5.En este caso. se considera que la reacción química es la etapa más lenta y es la determinante de velocidad. para el límita (t=0 =0).50) considerando CBo0 4 DECBo rro dn A dt ro r (5.126 r A Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza radio del núcleo recesivo (de acuerdo a la figura 5.24) en (5.53) ro3d Vm DECBo ro 2 3r dt rro r 2 ro ro r d 3Vm DECBo r dt (5. Luego.56) integrando la ecuación anterior. (5.1. es valida para este caso.55) 3V D C 1 1 d m E2 Bo dt 1/ 3 ro 1 1/ 3 (5. El análisis que se realizará es independiente si existe o no un residuo sólido. La expresión matemática para una reacción que ocurre en una superficie. se puede considerar que el núcleo permanece estacionario (condición cuasi-estacionario).48) Si suponemos que la variación de r.59) 6. es mucho más lenta que la velocidad de variación de difusión del reactivo.54) (5.23) en (5.51) Las ecuación (5. se obtiene: 2V D C 2 1 (1 )2 / 3 m E2 Bo t 3 ro (5.60) .51) 4 DECBo rro 4r2 dr Vm dt ro r (5.55) (5.20) = (5.49) (5. para materiales no metálicos que tienen poca área superficial esta es difícil de medir. además. que tal vez el área verdadera A no pueda conocerse.68) 3V k C d m o B dt 2/3 ro 1 (5. es igual a la del seno de la solución. Al ser la reacción superficial la más lenta.66) dr Vmko CB dt (5.63) k5 = -koCBVm dl = ..66) la ecuación (5. .25) en la ecuación anterior d 3Vmko CB 1 2 / 3 dt ro (5.20) es válida para este caso.k5 dt (5.127 donde: A Cio ni ko Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza área de la interfase sólido/solución concentración de la especie i en la interfase sólido/líquido orden con respecto a la especie i constante especifica de la reacción Debe indicarse.En este caso se tiene que el área A y la concentración CB permanecen constantes.1.67) reemplazando (5.2 (5.61) se expresa como: dn A 4 r2ko CB dt (5. se encuentran dentro de una matriz. para este caso la ecuación (5.62) dl = -koCBVm dt sea: (5. C BoCBo. luego: 4r2 dr 4 r2ko CB Vm dt (5.1 partícula plana.61) 6. es válido asumir que la concentración en la interfase sólido/líquido. se tiene: l = lo . además.3.2 partícula esférica. por lo que se considerará que la difusión del producto es la etapa controlante.14) es válida..1. debido a que las especies a atacar. En este caso supondremos una cinética de primer orden.60) se expresa del siguiente modo: dn A Ak o CB dt (5.en este caso (5.69) integrando para el límite (t=0 =0). es decir. se tiene: 1 (1 ) 1 / 3 Vmko CB ro t haciendo: k6 = VmkoCB / ro. a través de la matriz inicial. se tiene: = 1 . Luego (5. lo cual no será visto en este apunte. aunque debe aclararse que existen otros ajustes si el orden es diferente.70) (5. luego: A dl Ak oC B Vm dt (5. los productos y reactantes deben difundir.3.65) 6.kt (5.64) integrando para el límite (t=0 l=lo).(1 – k6t)3 6.71) Especies impuras(Bartlett) En este caso. 4. ayudándose de la gráfica. ni en un tiempo infinito. 6. se puede despejar el valor de DE/r2o.ci). El modo de usar esta figura.t .1. para varios tiempos de lixiviación. a través del camino tortuoso en la matriz. no a la disuelta. al interior de la matriz concentración relativa al interior de la matriz. Así. dada por: cr.Bajo las circunstancias anteriores. estos no pueden ser insertos dentro del eje X de la figura 5. puede ser aproximada por una serie finita en una computadora. es conocer un valor de algún par (t1.5.2. es complejo y no se desarrollará en este apunte. (L-Lk) ρ/ε concentración a un determinado tiempo y radio. (cmax . desde que los términos en las series se convierten rápidamente despreciables. conforme el índice j aumenta. tal como se muestra en la gráfica.co) Con respecto cmax. no satura el líquido llenando los microporos. t 2 cr.-En este caso. Con respecto a la variación de las concentraciones relativas (c.74) . la cual no será extraía. Note que varios parámetros no son conocidos en la ecuación (5.72) La solución matemática de este modelo. En la figura 5.2. el cual es adimensional. resolución produce la siguiente ecuación: 1 6 π2 1 j j1 2 D j2 π 2 t exp E 2 rO (5. Esto debido a que luego de la disolución de la especie valiosa. Se considera extracción. estas se relacionan con el tiempo. este inconveniente puede ser solucionado al usar la figura 5. sin embargo. definidas anteriormente.128 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza 6. la disolución de la especie valiosa.4. Mientras no se conozcan los valores de tDE/r2o. se cumple con los siguientes requisitos: la especie valiosa es de tamaño submicroscópico la especie valiosa se encuentra en pequeñas cantidades la especie valiosa esta diseminado uniformemente en la matriz de una partícula el medio acuoso es accesible a través de los microporos de la matriz el tiempo de disolución de la especie valiosa. debido a su pequeña cantidad presente. 2r ci c 1 O ci πr 1j Deff j2 π 2 t jπ r seno exp 2 r j r j1 O O (5.73). es insignificante con respecto al tiempo total que dura el proceso de lixiviación. y es debido a la disolución total de la especie valiosa.1 Monotamaño. la matriz se considera cuasi-esféricas Para una mejor compresión se definen los siguientes parámetros: co cmax cr.t c ci concentración de la solución lixiviante concentración máxima que se alcanza al interior de la matriz al inicio de la lixiviación. según la ecuación (5.. sin embargo. el modelo de extracción. 1). Esto debido a que la disolución se considera instantánea.co) concentración relativa al exterior de la matriz. (cr. t 2 cr. a la fracción de especie valiosa () que ya ha difundido a la superficie externa de la partícula. la velocidad de extracción es dependiente únicamente de la difusión de la especie valiosa disuelta. Esta serie infinita. pero como se conoce el valor de t1. t ε DE r 2 t r r (5. existe un tiempo mayor para que esta se difunda al exterior.1 Partículas finas presente en pequeñas cantidades diseminadas en la matriz. se presenta la relación de las razones de las concentraciones relativas (c/ci) en función de la razones de radio (r/ro). esta se alcanza muy rápidamente. con lo que se puede proyectar la recuperación a otro tiempo determinado.74). con la concentración local cr. consiste de la ecuación de difusión para una esfera porosa.73) sin considerar el porcentaje que queda en la cola.t de la especie valiosa en el líquido inserto en los microporos. y se considera constante a través de toda la matriz. con lo cual se obtiene el valor DE/r2ot1 de su respectivo valor de 1. es la fracción fina acumulada para tamaños menores a ri y ro es el tamaño de partícula más grande. para desarrollar una relación numérica. en una distribución de tamaños.1 0 0.9 0.2 0. cada fracción i con su determinada fracción en peso (fi) y radio (ro). es decir.8 1 Fracción de radio.4 fracción de extracción de la especie valiosa desde una esfera porosa.1 0 ( t1Deff/ro2) 0.1.3 0. 5..6 0.2 0.15 0.4 Aumento del tiempo de lixiación 0.8 0.Si se divide la mena chancada.2 0.75). que es análoga a la relación analítica adimensional para monotamaños.76) Si se asume que la granulometría.7 (α1) 0.i) el que depende del tiempo.4 2 Fig.75) α αi (f i ) (5. presentará cierta extracción (Et. La distribución de GGS ha sido combinada con la ecuación (5. se .4.73). se tiene: r Fri i ro m (5. r/ro Fig.4 0.9 0.4 0.8 0. 5.3 0.2.25 0.2 t Deff/r o 0. tal como se muestró en la figura 5.3 0.05 0.5 0.35 0.1 0 0 0. 6. dada por la ecuación (5.5 Concentración relativa vs razón de radio.6 α 0.6 0.Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza 129 1 0. con 0.7 0.7<m<1. por lo que se puede plantear las siguiente ecuaciones: 1 f i (5. presenta la distribución de Gatew-Gaudin-Schuhmann (GGS).2 Multitamaños.77) Donde Fri. para varios tiempos de lixiviación.5 0. Perfiles de concentración relatica c/ci 1 0. Sin embargo.7. Si en la distribución de GGS m=1.454ro. Es apropiado poder contar. con los límites de banda correspondientes a los extremos de m=0. para m=1. los valores de extracción. ee observa que ro puede ser sustituido por P80/1. El valor de DE es difícil de obtener. a causa de la variación de m. al estimar el valor del radio para la partícula más grande (ro). el cual es alrededor del 91% del P80 para m=1. Afortunadamente. se presenta un problema adicional y puede surgir un error. Sin embargo. esto resulta debido a que para m=1. cuando P80/1. el diámetro de partícula y el porcentaje de masa para cada fracción de malla.6 Curva de fracción de extracción para una disolución completa desde rocas multitamaño en función de Deff y d80 o ro (Fig 2. luego P80=1. se obtiene de la abscisa de la figura 5. donde P80 es el es el tamaño por el cual pasa un 80% de la masa.6ro. es decir.5 presenta la relación entre el % de extracción (100*) en función del parámetro adimensional tDE/ro2.7 y 1. A menudo es más rápido y preciso usar un análisis de malla directo. Luego de haber obtenido el valor de DE. se tiene P80=1.7 y m=1. se presenta una banda en la gráfica. presentan una buena correlación con el valor de m=1. obteniéndose el valor de DE según la siguiente ecuación: DE P80 2 2.5 es posible determinarlo a través de pruebas de lixiviación en columnas. Fig. determinando así.78) Donde . el cual es usado normalmente como parámetro del tamaño característico de una muestra.).56t (5.6 es definido como ro con valores de m entre 0. sin embargo.130 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza obtiene una relación para que depende de tDE/ro2.6.7 Barttlet) . se tiene el par (t. Este se calcula cuando se tiene un valor experimental de extracción para un determinado tiempo. si m=0. para un tiempo o P80 requerido. se tiene una cantidad mayor de finos. La figura 5. con varios puntos para promediar un valor de DE. se puede estimar el valor de extracción. Cuando m se determina por extrapolación desde datos de análisis de malla. con la ayuda de la figura 5.6. 5. es rápida. que estará muy íntimamente atrapada en microporos y no será accesible por la solución. produciendo así un tiempo llamada “periodo de inducción”. en especial las de poca altura. siendo su borde. 6. donde la etapa controlante. Por esta razón.8).131 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza En la figura 5.7 se comparan las extracciones de un mineral que presenta una distribución de tamaño. ambas calculadas usando sus ecuaciones respectivas. será necesario para que la solución de lixiviación penetre totalmente en los microporos de la partícula. debido a que estas presentan partículas más finas. que va disminuyendo hacia la interior de la partícula. nunca se llegará a una extracción del 100%. Un tiempo finito. por lo que hay descontar el residuo que quedará en la cola. que la extracción es más rápida para la muestra multitamaño. es la difusión de los complejos de Au(CN)-2 y Ag(CN)-2 hacia el exterior de la partícula.7 Extracción de Au desde una pila de lixiviación con 5% de microporosidad y una distribución de roca -20 mm (Fig 2. 5. la difusión del reactante más allá del núcleo no ocurre. cuando se use este modelo: Siempre existirá cierto porcentaje de especie valiosa. Fig. con un máximo de 2 cm de diámetro. con la de un monotamaño de 2 cm de diámetro.2. Se observa. se tiene un gradiente de concentración lineal del reactante.6 Barttlet) Se deben tomar en cuenta 2 consideraciones. siendo esta la etapa controlante de la reacción. siendo 0 en el borde de reacción . La parte externa al núcleo ha reaccionado totalmente debido a que la reacción de disolución en el borde del núcleo recesivo. antes de que la especie valiosa aparezca en la solución rica El modelo propuesto encaja muy bien con la mayoría de menas de Au y Ag. que son lixiviadas en pilas. la interfase donde ocurre la disolución. y considerar este nuevo porcentaje como el 100% a extraer. se deben tener en consideración las siguientes características: el porcentaje de metal valioso en la matriz es considerable debido al punto anterior.2 Difusión a través de un núcleo recesivo Para este modelo. la solución al interior de los microporos se encuentra saturada con la especie valiosa soluble la velocidad de reacción es relativamente más rápida con respecto a la difusión del reactante la partícula es esférica se forma un núcleo (núcleo recesivo) de radio (r) que aún no ha reaccionado (figura 5. 8 Esquematización de los gradientes de concentración. se tiene la siguiente ecuación 2 1 (1 )2 / 3 kt 3 (5. para el caso de minerales de óxidos de Cu. que va disminuyendo hacia el exterior de la partícula este modelo no es válido para especies valiosas. es decir. monotamaño.9 se presenta la variación de la fracción extraída de la especie valiosa para un mineral con modelo de núcleo recesivo. como son sulfuros de cobre.La solución a este modelo es similar al del núcleo recesivo. i. transportadoras de especie valiosa.79) k (5.80) 2 Vmm DECBo ro2 En la figura 5. densidad del mineral ley de mineral Número de moles de reactante consumidos (ácido). Este modelo se ajusta bastante bien. debido a la variedad de especies mineralógicas.132 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza se tiene un gradiente de concentración lineal de la especie valiosa disuelta. Para este modelo se definen los siguientes parámetros: Vmm ρ L Ψ Volumen de mineral que contiene 1 mol de especie valiosa (PM/ρ L). . en un modelo de especies valiosas en una matriz con núcleo recesivo. para pilas de baja altura.2 B). hay que determinarlo experimentalmente. y con mayor precisión. 5.. Fig. desde un muestra pura (sección 5. que presentan una velocidad de disolución muy lenta.1. por mol de especie valiosa disuelta (cobre). Este parámetro. 133 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza 1 0,9 Frscción valiosa extraída 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 Fig. 5.9 Extracción calculada para el modelo del núcleo recesivo. ii. multitamaños En una muestra multitamaño, la partícula de tamaño máximo (ro), es la que tarda más en disolverse, así para una extracción de 100% (=1), de las ecuaciones (5.79) y (5.80), se tiene t100 dado por: t100 6V mmDE CBo 2 rO (5.81) Al igual que en el sección anterior, en la distribución de Gates-Gaudin-Schuhmann, se tiene rO=P80/1.6, así reemplazando en la ecuación anterior se tiene: σ P80/1.62 t100 6Vm DE CBo (5.82) Expresando el tiempo, como una fracción de tiempo máximo (t100) , se tiene lo siguiente: 6V D C t/t100 m E Bo (2.56/P802 ) σ Con la fracción anterior, se grafica las extracciones respectivas, la que se muestra en la figura 5.10. (5.83) 134 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza Fig. 5.10 Extracción de especie valiosa desde un mineral multitamaño, en el modelo de núcleo recesivo (Barttlet). 6.3 Mecanismo de lixiviación por percolación para especies sulfuradas con cinética de reacción lenta El mecanismo que se explica a continuación, se aplica para el caso de lixiviación en pilas o dump, con una especie mineralógica de reacción lenta, como los sulfuros primarios y que necesitan la presencia de O 2 como oxidante, inclusive en presencia de bacterias. En este caso la especie oxidada (ión férrico) es formada desde su respectiva especie reducida (ión ferroso), a través del consumo de O2 presente en el aire. La difusión a contracorriente de de estas especies oxidadas y reducidas, explican mucho del transporte requerido para la oxidación de los granos internos de mineral sulfurado. Otros procesos de transporte pueden existir, además del de las especies oxidadas/reductoras (Fe 3+/Fe2+) y de la difusión del O2, como puede ser el ácido, si es que se genera al interior de la matriz, el cual fluiría al exterior de la partícula en sentido contrario a su difusión, para el caso de la lixiviación de las menas oxidadas de cobre. Los iones cúpricos y ferrosos generados por la oxidación de los sulfuros, también difunden a la superficie de la mena a través de los microporos con solución. La velocidad de disolución de los sulfuros, es dependiente de la reacción química y de la difusión de especies. Consecuentemente, no existe una interfase que divida al núcleo recesivo sin reaccionar y un anillo lixiviado. En su lugar, se tiene una zona de reacción, que contiene granos sulfurados parcialmente lixiviados, que están ubicados entre un anillo totalmente atacado y un núcleo sin reaccionar. La difusión de iones es constante a través del anillo totalmente lixiviado, pero ellos disminuyen en la zona de reacción, conforme los reactantes son consumidos y se generan los iones producto, tal como se observa en la figura5.11. En la figura 5.12, se esquematiza los canales formados y los granos de las especies valiosas. El ancho de la zona de reacción, será mayor para minerales de reacción más lenta, tal como la calcopirita y la pirita, y también cuando los tamaños de granos de las especies valiosas aumentan. 135 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza Fig. 5.11 Esquema de la lixiviación de especies de reacción lenta. Fig. 5.12 Esquema de los canales de microporos y zonas de reacción en una sulfuro primario. A causa de que las partículas de Au son finas y dispersas, estas se disolverán rápidamente mediante el ataque de la solución que accede a ellas a través de los microporos y fisuras de la mena. Una vez que el Au soluble difunde fuera de la partícula, es totalmente lavado de las menas poco profundas y con buena permeabilidad nota.- Se debe aclarar que existen otros modelos los cuales hacen otras suposiciones, pero los modelos enunciados aquí son los más usados, los cuales pueden considerar otras formas geométricas. También puede darse el caso que los pasos que controlan la reacción sean dos de ellos o tal vez los tres a la vez, para los cuales también existen modelos. Además, los ya que Ea es positiva. Análisis microfotográfico del residuo sólido. produciría una línea recta con pendiente negativa. Se debe aclarar.65) constante de velocidad especifica factor de frecuencia energía de activación temperatura constante de los gases La expresión de Arrhenius ajusta bastante bien datos experimentales sobre un amplio rango de temperaturas y ha sido una manera aceptada de presentar datos cinéticos.La velocidad de una reacción también depende de la naturaleza de los reactantes y de la temperatura. El valor de Ea ayuda a identificar una reacción química de un proceso físico. Con respecto a estos análisis. La ecuación anterior se puede expresar en forma logarítmica según: lnk Ea 1 lnA R T (5. este es muy importante para cuando existe un residuo poroso. ya que si este fuera muy compacto estaría indicando que la difusión a través de este residuo es el que controla la reacción. pero el efecto de la temperatura ha sido estudiada más ampliamente y varias teorías han sido propuestas. del cual se puede despejar el valor de Ea. el efecto de estos dos factores están representados por la constante de la velocidad experimental k.66) de esta ecuación se puede observar que un gráfico de (1/T) vs lnk. es totalmente lavado de las menas poco profundas y con buena permeabilidad . Para esto se debe tener en cuenta que para un control por difusión Ea es menor a 5 kcal/mol y las reacciones que están controladas por reacción química están en el rango de 10 a 25 kcal/mol. estos se enumeran a continuación: El modelo que mejor se ajusta a los datos cinéticos obtenidos. que es imposible predecir exactamente la velocidad de una reacción química a partir del conocimiento de la naturaleza de los reactantes. El valor de Ea hallado. 6. estas se disolverán rápidamente mediante el ataque de la solución que accede a ellas a través de los microporos y fisuras de la mena.4 Dependencia de la temperatura. además. En la práctica existen tres métodos para determinar cual es el paso que controla la reacción.. según: k Ae E a / RT donde: k A Ea T R (5. De acuerdo a la teoría de Arrhenius la constante k varía en forma exponencial con la temperatura.136 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza modelos consideran que las reacciones son irreversibles. Una vez que el Au soluble difunde fuera de la partícula. la pendiente estaría dado por el valor de -Ea/R. pero debe aclararse que existen casos en los cuales algunos de ellos no coinciden y uno debe realizar un análisis minucioso para optar por cual es el paso que controla la reacción. lo óptimo sería que los tres coincidan en cuanto al paso controlante de la reacción. ya que permite ver si el residuo es muy poroso o no. aunque merece aclarar que normalmente en lixiviación la reacción inversa también ocurre pero es despreciable. A causa de que las partículas de Au son finas y dispersas. 137 VII. Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza HIDRÁULICA EN LIXIVIACIÓN En la sección 2.6, se describió el fenómeno de tensión superficial, en este capitulo, se detallará su influencia en los capilares, fenómeno que se presenta en la hidráulica de lechos fijos, en especial de medios no saturados, que son de interés en lixiviación en pilas y dump. 7.1 Efecto de la curvatura sobre la presión en un medio G/L Cuando se tiene una burbuja de gas inserta en un volumen de un líquido, en la interfase gas/líquido (G/L) se tiene que actúan dos presiones en cada lado de las fases (figura 8.1), con la condición que PG>PL, definiendo P = PG – PL, en este caso se tiene P>0. Despreciando otros campos de fuerza, tal como la gravedad, la forma de la burbuja es esférica y de radio r. La energía libre de la burbuja (G), está dado por LA, siendo L la tensión superficial de líquido y A el área de la superficie burbuja, así, se tiene que G=LA o también G=4r2L, cualquier cambio en el radio de la burbuja (dr), provoca un cambio de energía libre que está dado por: dG=8rLdr. Este cambio en el radio de la burbuja, es balanceado por la diferencia de presión en el film, con una diferencial de trabajo (dW) equivalente a PAdr, o también dW=P4r2dr. El trabajo realizado es equivalente al cambio de energía libre, asi, se tiene la siguiente igualdad: dW = dG P4r2dr = 8rLdr P = 2L / r (8.1) (8.2) (8.3) De la última expresión, se observa que al disminuir el radio de la burbuja, aumenta la presión interna (PG) de la burbuja con respecto a la externa (PL) y viceversa. La ecuación (8.3), se aplica a una superficie esférica que presenta una sola superficie y es válida para cualquier interfase curva G/L. En la figura 8.2, se muestra las tres diferentes superficies que se forman en la interfase G/L, con las respectivas presiones involucradas. Fig. 8.1 Burbuja en el seno de un líquido. a) PG = PL (plana) 7.2 b) PG > PL (convexa) c) PG < PL (concava) Fig. 8.2 Relación de las presiones en diferentes interfases (L/G). La tensión superficial en capilares Cuando se sumerge un capilar (tubo de pequeño diámetro) en una solución acuosa, se pueden presentar 2 casos, que se presente un ascenso o un descenso sobre el nivel del líquido. El primer caso se presenta si el capilar es hidrofílico, 138 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza formando una superficie convexa; el segundo se presenta en un capilar hidrofóbico, formando una superficie concava, tal como se observa en la figura 8.3a. El cambio de nivel dentro del capilar, se explica de acuerdo a la ecuación (2.25), presentándose un aumento del nivel cuando SG< SL y viceversa. De acuerdo a esto, si la diferencia (SL-SG) es mayor a cero, la interfase es empujada hacia arriba, hasta llegar al equilibrio según la ecuación (2.25), en caso contrario, la interfase es empujada hacia abajo. Se debe recordar, que en la sección 2.6.3, se comento, que conforme el sólido es más hidrofílico, el valor de YSL disminuirá, disminuyendo el valor de , debido a que la superficie es más mojable, con un aumento de la altura dentro del capilar; todo lo contrario ocurre con un capilar hidrofóbico. Debido a que en un sistema, normalmente las partículas son hidrofílicas, de aquí en adelante los análisis que se realizarán se centrarán en este tipo de superficies. Considerando un aumento de altura, de acuerdo a la ecuación (8.3) y la figura 8.3b, se tiene: P=(Patm-PL) = 2L/rb (8.4) De la figura 8.3b, se tiene rb = r/cos, donde rb es el radio curvatura de la interfase L/G, r es el radio del capilar y es el ángulo entre el capilar y la tangente de la superficie líquida. Por lo tanto, de la ecuación anterior se obtiene: P= 2Lcos/r (8.5) Esta diferencia de presión, debe ser igual a la caida de presión hidrostática en la columna de elevamiento en el capilar, es decir, se tiene: (8.6) P=gh Donde L es la densidad del líquido, g es la gravedad y h la altura de elevamiento en el capilar, igualando las ecuaciones (8.5) y (8.6), se tiene: L = Lgrh / 2cos (8.7) a) Tipos de capilares. b) Zoom a capilar hidrofílico. Fig. 8.3 Fenómenos capilares. Si consideramos un capilar hidrofílico, de acuerdo a la última ecuación, al disminuir el radio del capilar (figura 8.4), se tiene un aumento de la altura dentro del capilar, y de acuerdo a la ecuación (8.6), paralelamente se tiene un aumento de P, es decir, si se tiene (r1>r2>r3)(h1<h2<h3)(P1<P2<P3). Estas conclusiones, tienen mucha relevancia en la hidraúlica de la lixiviación en lechos no saturados, tal como se verá más adelante. En la figura 8.5, se presenta la variación de la solución de retención y el elevamiento capilar, en residuos de explotación de cobre de diferentes tamaños, Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza 139 realizadas en pruebas en columnas, observándose claramente la influencia de la capilaridad en la humectación de las patículas. 2r1 2r3 2r2 P3 P2 P1 h1 h3 h2 Fig. 8.4 Variación de la altura de ascenso para varios capilares de diferentes radios. 100 20 90 16 70 60 12 50 40 8 30 Elevamiento capilar, cm Solución retenida, % volumen 80 Porfido Cuarzita 20 4 10 0 10-20 20-28 28-35 35-48 48-65 0 Tamaño de la roca, fracción de malla Fig. 8.5 Solución retenida y elevamiento capilar, en función del tamaño del fragmento de roca(Bartlett). 7.3 Variación de la presión dentro de un capilar Debido a que en un capilar hidrofílico, se tiene una elevación del líquido, paralelamente se presentará una variación de la presión dentro del capilar, el que estará según la altura dentro del capilar, tal como se muestra en la figura 8.6. La presión dentro del capilar, siempre es menor a la atmosférica, por lo que en este volumen, se tienen presiones negativas, lo que significa que se tienen presiones de succión en este rango. De acuerdo a lo anterior, cuando se sumerge verticalmente un capilar dentro de un líquido, se presenta una presión de succión con valor a P, dada por las ecuaciones (8.5) o (8.6), esto hasta que se alcanza el equilibrio. Al valor de P, también es conocido como presión capilar. De acuerdo a esto, al aumentar la presión de succion, se incrementaría el volumen de líquido absorbido por el capilar. Este resultado tiene mucho significado en la lixviación de medios no saturados. Alternativamente. La cantidad de líquido pelicular en el suelo depende también de la granulometría. (2) líquido capilar y (3) líquido gravitacional. medio saturado. La fuerza de unión entre el líquido y las partículas. tal como se tiene bajo el nivel freático.. en comparación al saturado. puede ser clasificado en tres categorías: (1) líquido de retención. ya que se encuentran asociadas a las particulas por fuerzas moléculares.5% en partículas gruesas y de 15 a 20% en materiales finos (limos y arcillas). en lugar que minerales en pilas. del orden de 1 a 2% en arenas y de 30 a 40% en arcillas.en este sistema se tiene la presencia de las fases líquida. medio no saturado. Se puede desplazar en estado líquido. sólida y gaseosa. siendo el primero menos cuantitativo y más difícil de modelar. Los dos primeros son líquidos no disponibles. En este caso.Es el líquido retenido en los poros o alrededor de la partícula del lecho. tales como: la porosidad. El flujo de solución en un medio no saturado. cuanto más seco es el suelo y menores los tamaños de los intersticios entre las partículas. varía en función de la granulometría y porosidad del mineral. han sido realizados con suelos. Se distinguen dos casos: o higroscópica: la que está fijada fuertemente a las partículas. Además. El líquido en el suelo o lecho. entre los cuales se encuentran las propiedades del lecho. la conductividad hidraúica y el contenido de humedad del lecho(Barco). en contra de la acción de la gravedad.1 µm. A continuación se detallan cada de las categorías del líquido (Hidrogeología): i. más fuertes son las fuerzas que mantienen estos dos tipos de agua.6 Variación de la presión dentro de un capilar y el estanque. siendo su espesor muy reducido.5 Formas de agua en el suelo o lecho La infiltración es el proceso mediante el cual un medio acuoso penetra desde la superficie hacia el interior del lecho. de tal forma que podemos encontrar valores dispares. cuyo espesor no sobrepasa las 0. Este fenómeno es influenciado por varios factores. La retención de este líquido. agua de retención. donde la presión agua/poro es menor a la atmosférica. la condición no saturada puede ser definida como una situación. con una pequeña película. la mayoria de estudios. ha sido menos estudiado que el saturado. el saturado y el no saturado.en este sistema se tiene la presencia unicamente de las fases líquida y sóilida. Se trata de un líquido inmovil desde el punto de vista práctico. los que se describen a continuación: i.140 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza Altura Presión (-) 0 Presión (+) Patm P Presión tg =1/ g Fig. 8. por el juego de atracciones moleculares de las partículas vecinas.59 atm(subterraneas). permaneciendo en las partículas cuando se secan al aire y puede ser extraídas unicamente cuando el material es calentado a 105ºC.. La cantidad de líquido retenido de esta manera.. . ii. se debe a fenómenos de tensión superficial. 7. y son del orden de 0.86 a -30.4 Clasicación del medio según su nivel de líquido Se distinguen dos tipos de medio. estando asociada a presiones negativas de -9. la presión bajo el nivel freático es mayor a la atmosférica. tienen lugar por medio de enlaces químicos entre los dipolos del líquido y las valencias libres que existen en la superficie de las partículas. 7.2 a 0. o pelicular: Es el líquido que envuelve a las partículas y a la higroscópica. 32 atm) (subterraneas). Se puede eliminar por centrifugación. La máxima cantidad de agua que un lecho puede sostener contra la gravedad se denomina capacidad de campo. En la parte superior de la superficie freática. Ocupa los espacios libres de los poros.6 Tortuosidad Es una medida de la dispersión que puede ocurrir cuando un líquido percola a través de un medio poroso y es inversamente proporcional a la permeabilidad del lecho.141 ii. Se define por: . En la tabla siguiente se muestra los contenidos de humedad a la capacidad de campo. percola hacia abajo de la columna del suelo y alcanza finalmente la zona de saturación. La granulometría influye en la cuantía de este líquido. En la figura 8. Constituye la parte activa de las aguas subterranes y es la principal responsable del transporte de solutos. % Arcilla 23 – 46 Franco arcillosa 18 – 23 Franca 12 – 18 Franco arenosa 8 -13 Arena 5–7 El líquido presente en un lecho. el agua esta sostenida por presiones de -0.1 Contenido de humedad a capacidad de campo(Silva). las dos zonas están separadas por la superficie freática. de los intersticios y de las fisuras de las rocas.7.86 atm (subterraneas). se presentan dos zonas: la zona de saturación. el medio poroso se encuentra saturado y a presiones mayores a la atmosférica(Barco). que esta zona puede ser saturada.conforme aumenta la humedad del medio. en la zona de aireación. de distintos materiales. Fig.32 atm (Silva). algunos autores limitan esta condición a una presión de succión de 0. Se debe indicar. En la parte superior del estrato impermeable. se presenta esquemáticamente un perfil vertical típico de la presencia de agua en un lecho poroso.. se encuentra la franja capilar. en la cual se recoge el agua que alimenta la superficie. iii. agua gravitacional. se alcanza el punto. de C. Se pueden diferenciar dos casos: o aislada o colgada: líquido que no está ligado a la zona no saturada. Los modelos se centran particularmete en esta fracción de las aguas del suelo (Hidrogeología). 8. son las presiones negativas presentes en la zona capilar.. drenándo libremente el líquido por la acción de la fuerza de la gravedad. su presencia puede alcanzar varios metros de altura en materiales arcillosos y de pocos milímetros en materiales gravosos. su distinción con respecto a una zona verdaderamente saturada. Tabla 8.32 a -9. así.Es el líquido retenido en conductos de pequeño tamaño (microporos) por fenómenos de capilaridad y tensión superficial. presenta tres procesos importantes. 7. el flujo subsuperficial o flujo no saturado a través del lecho y el flujo del líquido de agua subterranea o flujo saturado a través del lecho. Por debajo de la superficie freática. el agua en exceso.7 Perfil vertical del medio acuoso en un lecho poroso(Barco). lo que sucede mientras está sea mayor a la fuerza de retención del lecho(Barco). estando expuestas a presiones negativas (Barco). Este líquido se ubica en los microporos más pequeños del suelo. Textura C. Por encima de la superficie freática. o continua: líquido ligado a la zona no saturada. Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza agua capilar. en que la gravedad es suficientemente fuerte como para contrarrestar las presiones negativas (entre 0 y 0. sin embargo. y la zona no saturada o de aireación. la infiltración del líquido en la superficie del lecho para convertirse en humedad. existen fuerzas capilares que pueden saturar el medio poroso a lo largo de la franja capilar. los microporos pueden ser el resultado de procesos muy diferentes. porosidad capilar (0.2 porosidad de distintos tipos de rocas(Hidrogeología).142 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza = (Largo real) / (Largo efectivo) (8. Roca Porosidad. cualquier espacio de una masa rocosa que no esté ocupado por un material sólido.1 a 2 mm) y macroposidad (> 2 mm). la porosidad primaria. Tabla 8.7 Porosidad(hidrogeología) Se entiende por poro. Estas diferencias. a grandes rasgos. por el contrario. observándose que las arcillas son las que presentan mayor porosidad. Desde el punto de vista de lixiviación. 8. sino por un fluido (gas o líquido). el segundo de ellos es un estado intermedio y puede presentarse en al interior de las partículas o en el lecho. la porosidad se define como el espacio total ocupado por poros en un volumen determinado de roca. T = 100Vh/VT (8. 7. llevan aparejados otros contrastes de mayor relevancia: en las partículas con porosidad primaria (intergranular). y en función de su tamaño el líquido circulará más o menos libremente. en las partículas de porosidad secundaria. la porosidad se aprecia en muestras de pequeño tamaño (porosidad en pequeño) y su distribución es más o menos homogenea en el seno de la partícula. como se dan en las pilas de lixiviación. El primero de ellos. como el porcentaje de poros interconectados al volumen de poros totales. camino real recorrido por las soluciones en un medio granular. que es la porosidad que se origina durante el procesamiento del mineral. Cuantitativamente.. nos interesa los poros interconectados. % Gravas 25 – 40 Gravas y arenas 25 – 30 Arenas 25 – 47 Limos 34 – 50 Arenisca 4 – 26 Yeso 4 Caliza 1 – 17 Arcillas 44 -50 En lixiviación. dentro de la clasificación de los microporos. conminución y en el ataque químico producido en la disolución de las distintas especies del mineral.8) Fig. que es la porosidad inicial del mineral y la porosidad secundaria. existen poros (microporos) y son los que transportan las especies disueltas. así tenemos. se distinguen tres tipos de porosidad: microposidad (<0. la porosidad suele tener una . Microporosidad. No todos los poros son iguales. ya que a través de ellos difundirá la especie valiosa disuelta.1 mm). de manera que se define la porosidad real o efectiva. se presenta el interior de las partículas y el último se da en un lecho de partículas. el transporte se produce por difusión y no advección (movimiento de la masa líquida).9 Tortuosidad del lecho.9) Donde Vh es el volumen de huecos y VT el volumen total. como en la etapa de explotación. A continuación se presenta la microporosidad de distintos tipos de rocas.Al interior de la matriz de una partícula. pero debido a su tamaño. i. Igualmente importantes. incluyendo poros cerrados S Fijo (espacio muerto) Microporos abiertos en las rocas Fijo (espacio muerto) Solución en los espacios vacios L Móvil (flujo de agua) interpartículas Móvil (flujo de aire) y Aire en el espacio vacio entre rocas G Atrapado en bolsos de aire Volumen ocupado. se considera que la solución fluye sólamente.3 Fases presentes en un lecho no saturado(Bartlett). es debido a la suma de la permeabilidad de los fragmentos individuales de las partículas (microporosidad) y de los espacios huecos o vacíos entre las partículas (macroporosidad)(Jarufe). la solución dentro de los microporos (solución inmóvil) y la solución dentro de los macroporos (solución móvil). la solubilidad máxima del O2 es menor con respecto a la solubilidad máxima alcanzada a presión atmosférica. como el de una pila.143 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza distribución irregular (condicionada por las características del proceso que lo generó). El espacio capilar puede incluir.3. en los poros de cierto tamaño una parte del agua (la no retenida del modo descrito) fluye libremente por gravedad (agua gravifica). y por otro lado. entre fases fluidas móviles e inmóviles. Cuando aumenta la cantidad de finos. son de un test de una mena en una columna específica. En consecuencia. de los que el más importante es la tensión superficial. El transporte de solución en un lecho poroso. Tabla 8. a causa que las soluciones presentan presiones menores a la atmosférica. por un lado. Un aspecto interesante a tener en estos medios. la porosidad describe la capacidad de las rocas para albergar agua. es la microporosisad en la partícula (). En los poros de muy pequeño tamaño. el cual puede estar ocupado por solución y/o aire. está incluida en la fase sólida. En la práctica. Cuatro fases o regiones dentro de un lecho no saturado o pila. La fase mayoritaria es la sólida (S). el comportamiento de tales partículas suele ser heterogeneo y anisotrópico. 7. Es en este espacio por donde fluye el líquido en un medio no saturado. pero no la cualidad de que el agua pueda circular en el seno de la roca.1 – 19.5 18. VL se incrementará y Vg disminuirá con respecto a los resultados presentados en la tabla 8. en tales poros. Fase Símbolo Fase móvil o fija Partícula sólida. los porcentajes mostrados. el resultado es que.4 19 – 21. son también las consecuencias que derivan del hecho de que los poros pueden ser de muy distinto tamaño.8 Fases presentes en lecho no saturado(Bartlett) Es util considerar la distribución de espacio vacio en un lecho de rocas fragmentadas. de modo que pueden existir zonas de gran tamaño. el espacio vacio interpartícula. son muy pequeños los que existen entre partículas de arcilla. por lo que son presentados como resultados más o menos típicos presentes en una pila.6 . debido a la baja o nula permeabilidad de los microporos en comparación a los primeros. es que. absolutamente carentes de poros. como el presentado en pilas. pero pueden ser mucho mayores los producidos por disolución. la porosidad sólo se manifiesta si se consideran volúmenes grandes en la partícula (porosidad en grande). son definidas en la siguiente tabla e ilustradas en la figura 8. separados entre si por conductos de mayor o menor envergadura. Macroporosidad. El espacio ocupado por los microporos cerrados. ii. el agua es retenida contra la acción de la gravedad (capacidad de retención específica) y no puede fluir libremente. el agua está firmemente adherida a las paredes del poro por varios mecanismos. a través de los macroporos.. (%) 59 2.8. es dividido en fase con solución (L) y fase llena con aire (G). la cuarta fase. Por el contrario.Es el espacio vacio interpartícula. por unidad de agua pura.9 Potenciales hídricos(Baptista) Para describir el movimiento o comportamiento del agua en el suelo o lecho. para transportar reversible e isotérmicamente una cantidad infinitesimal de agua libre. la energía total del agua en el medio poroso será igual a a suma de sus energías cinética y potencial. mostrando el espacio ocupado por las fases sóida (VS). líquida (VL). La energía cinética. de la densidad del agua y de la elevación vertical del agua. ya que el flujo ocurrira en dirección al descenso de energía. Matemáticamente. En contrapartida. resultante de la acción de la fuerza gravitacional actuando sobre una cantidad de agua localizada en un punto determinado del espacio. Como su movimiento en el sistema poroso es muy lento. La energía potencial total del agua en medio poroso. de una elevación específica.9. 8. puede ser separada en dos componentes principales.. La física clásica reconoce dos formas principales de energía. 7.10) 7. depende del módulo de la fuerza gravitacional. la mayoría de veces. está dada por: Eg= L g VL z Donde: (8. energía cinética E k y energía potencial Epot. es la energía que el agua tiene en virtud de su movimiento (EK=½mv2.8 Sección esquemática de lecho no saturado. El modulo de esta energía potencial (Eg). es el potencial para realizar trabajo. a la presión atmosférica para el punto considerado en el suelo. en relación a un punto de referencia. componente potencial gravitacional (Eg) y componente potencial de presion (Ep) ET = Eg + Ep (8. así como cualquier cuerpo en la naturaleza. Técnicamente la energía potencial del agua. la energía potencial gravitacional actuante sobre un volumen de agua.11) .1 Potencial gavitacional.144 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza Fig. esta energía puede ser despreciada.La energía potencial gravitacional. se precisa conocer el estado de energía del agua en el medio. gaseosa (Vg) y la microporosidad ()(Bartlett). la energía potencial es fundamental en la caracterización del estado de energía del agua en un medio poroso. El agua presente en el ambiente subsuperficial. para nuestos propósitos (ET). puede ser caracterizada por un estado e energía. Así.). representa la cantidad de trabajo que necesita ser realizado. Diferentes formas y cantidades de energía determinan este estado. que es verticalmente diferentemente a otro punto de referencia. Reeemplazando las ecuaciones (8. debido a que describe la relación entre el estado de energía del agua en los poros . 7. 7.g) P/ g (Hp. está ubicado sobre el nivel de referencia y negativa. 7. si el volumen unitario de solución. tal como como observa a continuación: H = Hg + Hp (medio saturado) = g + p (medio no saturado) H carga hidráulica total Hg carga gravitacional Hp carga por presión g p potencial total potencial gravitacional potencial matrical (succión) En hidráulica. humedad en %). esto al menos en suelos. el potencial de presión es una cantidad negativa y llamado potencial mátrico. se tiene: (ET/VL) = g( z + P/ g ) (8. tal como una pila de lixiviación. es nulo en la superficie del agua y negativo en la zona no saturada. es más comodo expresar los términos anteriores. tensión o succión de agua en el suelo. el potencial de presión es el resultado directo del peso de agua por encima del punto considerado. es determinado por la profundidad. por: Ep= P VL (8.14) Los términos anteriores.p) (8. en función del potencial de succión o potencial matrical. tales como: tensiometro de Bourdon o de Hg y bloqes de yeso. que también es común usar las denominaciones nombradas. sin embargo. es necesario conocer la presión en los puntos determinados. la presión puede medirse con los típicos manómetros. según: (ET/ g Vw) (H..9. según se trate de un medio saturado o no saturado. De esto se deduce. Para la zona saturada. potencial de capilaridad.12) en la (8.4 Medición de la presión. se puede usar el término potencial en medios saturados y el término carga en medios no saturados. siendo Pab. sin distinguir el medio presente. para cualquier punto de esta zona. lo que resulta de expresar la última ecuación.12) Donde P es la presión manómetrica actuante en VL y está dada por: P = Pab – Po.Es la energía debida a la acción del fluido circundante. existen varios tipos de equipos que miden la presión negativa existente.145 L g VL z Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza densidad del medio acuoso gravedad volumen de solución distancia vertical hasta el punto de referencia Esta energía será positiva. Esta curva es esencial en el diseño de cualquier sistema no saturado.) = z + (Hg.3 Potencial total. por debajo del nivel de la solución. y por tanto. matemáticamente puede ser expresada.10 Curva de retención o curva característica La curva de retención.15) Se debe indicar. En zonas no saturadas. también puede calcularse según la siguiente ecuación: P = gh (8.13) Si consideramos la energía por unidad de volumen.. es decir.10). la siguiente expresión: ET = g V L z + P V L (8. 7. con unidades de longitud. si está por debajo.16) Donde h es la distancia desde el nivel freático. En medios saturados. Con respecto a un medio no saturado. tienen diferentes denominaciones. Si consideramos la densidad del agua constante.2 Potencial de presión.9.9. que el potencial de presión es una cantidad positiva debajo de una superficie libre de agua (agua saturada). se tiene..11) y (8. la presión absoluta en un punto dado y Po la presión absoluta en el punto de referencia (normalmente se considera la presión atmosférica). relaciona la humedad o contenido másico de solución en un lecho poroso (.Para poder usar las relaciones anteriores. que corresponde a la franja en que el lecho se encuentra saturado. debido a los poros más pequeños de los primeros. en lugar de humedad. importantes cambios de potencial se asocian con pequeños cambios en el contenido del líquido.11. es común usar el término saturación (s). un suelo arcilloso tiene menor densidad aparente y de ahí que tenga una mayor cantidad de agua de saturación. a bajas presiones de succión. así. se utiliza el término saturación efectiva o relativa (Sef). región de entrada de aire. se pueden diferenciar a grandes rangos. 8. la humedad residual que resulta de drenar completamente el sistema (impregnación). en esta última región. son los primeros en drenar a presiones de succión altas. observándose claramente que al aumentar el diametro del poro.18) Siendo r.146 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza y el volumen de agua almacenado en estos. el material más fino. el cual es la fracción de los poros llenos con solución. disminuye la presión de succión. en comparación de los más gruesos. por lo que en un medio satutado se tiene un valor de s=1.r) / (s .10 muestra una curva típica para materiales gruesos y finos.en la que únicamente queda el agua adsorbida a las partículas del lecho. región de adsorsión. variando el potencial pero el contenido de agua no. .r) (8. provoca el drenaje de los poros más pequeños. observándose que al aumentar la presión de succión. debido a que el líquido que estaba albergado en los poros ha sido drenada. iii.. En la figura 8. las partículas más finas tienden a captar menor humedad con respecto a las más gruesas. Además.. La figura 8. ii.. el que viene dado por la siguiente relación: sef = ( . tres regiones (Hidrogeología): i. región capilar. Por el contrario. Contenido de Humedad. la saturación se relaciona con la humedad según la siguiente relación: s = /s (8. A menudo. Grueso Fino Presión de succión Fig. En las curvas de retención. Por lo tanto. se presenta la variación de la presión de succión en función del tamaño del poro. disminuyendo el contenido de agua rápidamente. tienen la capacidad de captar mayor humedad a altos valores de succión.17) Donde s es la humedad máxima y que corresponde a un medio saturado. para materiales gruesos y finos(O´kane). se tiene una disminución del contenido de humedad del sistema. Algunas veces.10 Curva de retención conceptual.en la que pequeños incrementos de la succión. Esta curva es propia de cada medio poroso y depende de la textura y estructura de las partículas(Silva). los materiales más gruesos. de bajos números de Reynolds. 7. L L Diferencia de longitud en la dirección que se analiza. Esta ley fue obtenida inicialmente para un medio saturado y establece que el flujo a través de un medio poroso. L3/t vD Velocidad de Darcy.21) Donde. sobre la cual se instala otro cilindro del mismo diámetro.11 Variación de la presión de succión con el diametro del poro(Bourma). es proporcional a la pérdida de carga hidraúlica (H/L).11 La ley de Darcy La dinámica del flujo en un medio poroso saturado. es en la dirección de la disminución de la carga hidráulica. d es el diametro del poro y µL es la visocidad del fluido.19) (8. sino que también depende del fluido (peso específico y viscosidad). estas son situaciones donde predominan las fuerzas viscosas sobre las fuerzas inerciales. L/t A Área de la sección. la relación entre caudal y el gradiente hidráulico no es lineal(Quezada). es decir. L/t H Diferencia de carga hidráulica en un punto dado. pero se ha observado que la ley de Darcy sigue siendo válida aún para Re~10. 8. según la siguiente ecución: Q = -KS A (H/L) vD = Q/A = -KS (H/L) Donde: Q Caudal del agua. se describe mediante la ley de Darcy. se esquematiza la ley de Darcy en una columna. cm -120 -100 -80 -60 -40 -20 0 150 200 50 100 Diametro de poro tubular. puede derivarse a partir de principios básicos del flujo en medios porosos y es aplicable en la mayoría de las situaciones encontradas en la práctica. La ley de Darcy.12. . se requiere valores de Re<<1. definido por: Re = Qd/(AµL) (8. la ley de Darcy es válida para todo suelo donde el flujo sea laminar: arenas finas a medias.147 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza Presión de succión. (L/L) (8. pero no cuando el contenido en agua o la tensión cambian con el tiempo(Conductividad). De acuerdo a esto. En laboratorio es posible verificar la ley de Darcy. arenas gruesas bien graduadas. En algunas circunstancias. utilizando un permeámetro de carga constante. L2 Ks Conductividad hidráulica o permeabilidad. En general. un instrumento my simple. que consiste en un cilindro que contiene una muestra de material. Esta ecuación es válida para regimen estacionario. indica que el flujo de la solución. um Fig. En la figura 8.20) El signo negativo. L H/L Pérdida de carga o gradiente hidráulico. Una vez saturada la muestra y estabilizado el nivel del solución. Entre sus limitaciones. Esencialmente. es posible afirmar que la constante de proporcionalidad Ks no es propia del medio poroso. arcillas y limos. se colecta el volumen de solución que percola en un determinado tiempo y se expresa como caudal(quezada). donde se mantiene una carga de solución constante. a la sección considerada (A) y a la conductividad hidráulica en medio saturado (KS). 12 Representación esquemática de la ley de Darcy en una columna. se asume que el flujo tiene lugar a través de toda la sección considerada. pero no linealmente proporcional. relacionados con el movimiento del agua a través del suelo o un lecho. sin embargo.15 . la salinidad apenas hace variar el peso específico y la viscosidad. no es constante y viene dado por la siguiente ecuación: Ks = kI g / µL (8. En el caso del agua. El valor de Ks.11.987x10-8 m2. correlaciona la permeabilidad intrínseca con datos propios del sólido y está dado kI = dp23 / 72(1-)2 (8. se observa que a medida que aumenta la porosidad y el tamaño de las partículas. pero realmente el flujo sólo tiene lugar por los especios porosos. el caudal que obtendríamos aplicando la ley de Darcy sería bajísimo.1 La conductividad hidráulica. además.. se tiene un aumento de la permeabilidad intrínseca. las velocidades son muy lentas y prácticamente siempre la relación es lineal. sino que la función sería potencial(Flujo): Q = -KS A(H/L)j (8. observándose claramente que los materiales más finos. con lo que se duplicaria la permeabilidad y también el caudal circundante por la sección considerada del medio poroso(Flujo). En la Tabla 8.22) 7. por ejemplo calculando el flujo a través de una fomación arcillosa. es una medida de la habilidad de un medio poroso para transmitir el líquido. En algunas circunstancias. al incrementar la tortuosidad se presenta una disminución de la permeabilidad.23) Donde: kI Permeabilidad intrínseca (depende sólo del medio poroso). de las propiedades del flujo. lo que puede suceder cuando el valor de Ks es muy bajo o cuando las velocidades del flujo son muy altas. cm2 Grava limpia 1. m/día kI. porosidad y tortuosidad). presentan valores mucho menores de Ks y valores altos de porosidad (). L2 La conductividad específica se mide en unidades de longitud al cuadrado. Es una propiedad muy variable y dependiente de la estructura y características del sistema poroso (diámetro. kI y para diversos materiales. y es un parámetro esencial para solucionar problemas agrícolas.4 Valores normales de Ks de diferentes suelos(Darcy). el agua no llega a circular.La conductividad hidráulica. si no se aplican unos gradientes elevados. también presenta la unidad Darcy. % . En un flujo subterráneo. dp es el diámetro promedio de las partículas. Tabla 8.25) Donde el exponente j es diferente de 1. por lo que la velocidad real (velocidad intersticial) será: vr = vD/ (8. el caudal es directamente proprocional a la sección y al gradiente. Material Ks. por lo que sólo habra que considerar la variación de la viscosidad con la temperatura. En el segundo caso. la relación entre el caudal y el gradiente hidráulico no es lineal.148 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza b) sección inclinada a) sección vertical Fig. pero en realidad. En el primer caso. por: La ecuación de Kozeny-Carman. De la ecuación anterior.4 se presentan valores de Ks. que se duplica entre 5 a 35 oC. así como también. la que se define como: 1 Darcy=0. Con respecto a velocidad. 8. si el agua circula a gran velocidad. hidrológicos y ambientales.24) Donde. consideradas esféricas. en este caso.A medida que un medio poroso se seca. aunque en la práctica se tiende a no considerarlos(Hidrogeología).. vx = -KNS-x() /x . los poros más grandes del material grueso. mientras que durante el secado las mismas fuerzas tratar de impedir su vaciamiento (subterraneas).149 Arena Barro arenoso Barro aluvial Arcilla 8.27) El potencial total ( = g + p). En efecto. donde las fuerzas graviacionales juegan un papel importante. tanto más pequeños y discontinuos son los poros que contienen agua y mayores son las fuerzas capilares. vY = -KNS-y() /Y . drenan más lento a estas condiciones y continuan en la conducción del líquido. drenan rápidamente y no tienen capacidad para conducir el líquido. ya que el aire sustituye al medio líquido en muchas posiciones.4x10-5 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza 10-7 4x10-8 4x10-9 4x10-10 20 25 35 45 7. dependen de la estructura particular del material y de su grado de saturación. y por lo tanto.13. es decir.4x10-4 3. se hace muy dificultoso. la que se muestra en la figura 8. El flujo. porque a altas succiones. En las interfases aire-líquido se desarrollan fuertes presiones capilares negativas.29) El empleo de la ecuación anterior. Realmente. Los fenómenos de histéresis tienen un efecto importante en el flujo del agua y en el transporte de solutos. Por esta razón. Al existir relaciones entre humedad con KNS y . asumiendo algunas hipótesis simplificadoras. no son constantes. Estas presiones cambian con el tamaño efectivo de los poros. sino también de la densidad del vapor y de los gradientes de la temperatura en el medio.28) Por lo que la ecuación (8. Sin embargo. El problema se complica aún más. y aquí limitaremos nuestra discusión. se puede reescribir de la siguiente manera: () = g + p() (8. se debe a que los ángulos de contacto del agua con la fase sólida. conforme se incrementa la presión de succión (y también bajo flujo). queda finalmente como: vD = -KNS() ()/L (8. en perfiles de un sistema poroso. el llenado de los poros de pequeño diámetro es ayudado por las fuerzas capilares.27). mientras los poros más pequeños del material fino. Estos fenómenos se acentúan con la presencia de aire atrapado y especialmente en sistemas susceptibles de hinchamiento. Los cambios en el contenido de humedad no sólo afectan las fuerzas. a causa que durante el mojado.4x10-3 3. Más aún. la interconectividad entre los poros se vuelve irregular y discontinua. el cual a su vez depende de la humedad.14. los materiales más gruesos tienen mayor capacidad para conducir el líquido. Esto ocurre. en función de que esté en proceso de secado o humectación. Todos estos complicados efectos están fuera del alcance de este apunte. Cuanto más seco está el material. sino también dificultan el camino del agua a través de los poros. sino también como vapor. por lo tanto. al ser dependiente de p. en comparación al material fino (Ks gueso > Ks fino). vZ = -KNS-z() /z (8.11. . son distintos en mojado y en secado. la conductividad hidraáulica del material grueso disminuye y son los materiales más finos los mejores conductores de solución. es decir se tiene: vD = -KNS() /L (8.6x10-3 3. el flujo preferido puede ser la capa fina. debido a que no existe una relación biunivoca entre KNS vs y vs . las fuerzas moléculares se vuelven extremadamente importantes. en contraste con los flujos saturados. Así. por el hecho que bajo ciertas condiciones. tal como se verá más adelante (O´kane).2 La ley de Darcy en medios no saturados(subterraneas). son ahora funciones explícitas del contenido de humedad (). este tipo de curvas difiere para un mismo sistema. con flujos relativamente bajos que contienen capas gruesas y finas. obsevándose que bajo condiciones saturadas en humedad (baja presión de succión y también alto flujo). también existe una relación entre KNS vs . tal como se muestra en la figura 8. Pero simplificaremos nuestro caso y asumiremos que la solución se mueve en un solo eje. la conductividad hidráulica resulta una función del contenido de humedad del medio. el flujo de agua se realiza no sólo en la fase líquida. la relación entre estas variables incluye el efecto de histéresis. no sólo depende de los potenciales gravitatorios y capilares. Este fenómeno.26) Las conductividades hidráulicas KNS. normalmente.Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza humedad.14 Relación conceptual entre la conductividad hidráulica y la presión de succión.La dirección y velocidad del flujo de solución. depende de la diferencia en los potenciales totales o carga hidráulica entre dos puntos distintos del medio. y también el valor de Ks. cm3/cm3 150 10 20 h. se calculan los de KNS de acuerdo a la ecuacuión de Van Genuchten.11. la distancia entre los puntos también es relevante. No sólo es importante la diferencia de los potenciales. . este es realizado conociendo inicialmente su curva de retención respectiva.13 Curvas de retención y fenómenos de histéresis(Hidrogeologia). XXXXXXXXXXXXXX Celda Tempe 7.4 Movimiento de solución en un medio(Bourna). La dirección del flujo será desde la zona de mayor a menor potencial.11. Con los valores anteriores. 8.(-) cm 30 40 Fig.3 Cálculo de la conductividad hidráulica en medios no saturados. Conductividad Hidráulica Grueso Fino Presión de Succión Fig.. 8.. 7.Para el cálculo de la conductividad hidráulica en medios no saturados. para materiales gruesos y finos. . Además. reduciendo los espacios vacios y perjudicando así. en su lugar. el que es referido como flujo de embudo. que no reciben suficiente contacto con la solución. necesario para las operaciones con bacterias. a traves de evaluación en columnas. 7. El flujo preferencial. que no promueva canalización de la solución o corotcircuito. y el segundo. Una estructura no uniforme en las pilas de lixiviación.2 Flujo preferencial(O`kane). si la solución no fluye uniformemente a través de la pila. las pilas se pueden tapar cuando los finos son transportados por la solución y se compactan en una capa impermeable dentro de la pila. chancado y otras actividades. 7. Bajo el mismo nivel de potencial de succión. y así. el flujo es canalizado a través de regiones más conductivas. tres de los cuales se describen a continuación: i. son una función de la velocidad de la solución aplicada. Cuando la solución de lixiviación fluye preferencialmente a través de la pila. Estas partículas bloquean los espacios de los poros interpartículas. ocurre comúnmente debido a la variabilidad en la naturaleza de la mena alimentada y como un resultado de la segregación de la mena durante el minado. Esta situación contraria a lo intuitivo.En un medio poroso no saturado. La compactación del mineral durante la vida de la pila. debido a los perfiles de heterogeneídad. Si las pilas son muy permeables. en lugar de las gruesas. la permeabilidad de la mena. Las condiciones de succión. Las dos claves hidrológicas son: un flujo adecuado y uniforme de la solución a través de la pila. Existen porciones de la pila. la trayectoria del flujo preferencial.Insuficiente permeabilidad de la pila. apilamiento. tales como calcio y fierro. las condiciones son no saturadas. debe ser sufientemente permeable para permitir el movimento del medio acuoso. En los casos de flujo de embudo. Una baja permeabilidad. ocurre un flujo preferencial a través de trayectorias distintas. Capas inmersas de grano grueso.El flujo de solución preferencial. se forman naturalmente en las pilas durante su construcción. normalmente se piensa que es debido a la textura del material grueso. mientras un flujo uniforme es necesario para permitir que el mineral sea totalmente atacado. también conduce a problemas de permabilidad. resultando en una baja conductividad hidráulica en condiciones no saturadas. sin embargo. formar una ruta preferencial (figura 8. haciendo que las pilas sean susceptibles a las condiciones de flujo de embudo. Una pobre permeabilidad. es la presencia de partículas finas y arcillas en la mena alimentada. para que una solución se mueva de un punto a otro. a través de capas más permeables. Uno de los causantes de una baja conductividad hidráulica. Bajo ciertas condiciones no saturadas. ocurre debido a que en los materiales de grano grueso. En tales casos. permaneciendo sin lixiviar. debido a la aparición de corto circuito en el sistema. se tiene bajas recuperaciones. en perfiles de un lecho que contiene distintas capas de material de diferente textura. que durante la lixiviación. las partículas más finas son capaces de retener solución y por eso mantener una mayor conductividad hidráulica. En casos extremos.12. conduce a un flujo de solución lento y resulta en ciclos de lixiviación antieconómicos. los espacios interpartículas. es una de las causas más comunes del fracaso de los proyectos de lixiviación por este método. grano fino y capas bien estratificadas. Lo que resulta en un flujo preferencial. debido a un mojamiento incompleto de la pila. es posible para las texturas más finas. esto no siempre es cierto.. a través de las capas de grano fino. Conforme la solución drena rápidamente desde las partículas gruesas.. son incapaces de retener solución a altos valores de presión de succión. también limita el ingreso de aire. El proceso requiere que la estructura del material sea relativamente uniforme y permeable. el flujo de solución es muy influenciado por las variaciones en el perfil del sistema. resultando también en una recuperación lenta o reducida. Se ha reportado. así como. El primero es la diferencia de los potenciales. una proporción considerable de la mena es disuelta. reduciendo el área transversal abierta.12 Hidrología en pilas En lixiviación en pilas y dump. que estas sean más conductivas. Un flujo adecuado. forma un flujo preferencial.1 Permeabilidad. puede existir en un número de formas. la precipitación interna de especies.14). es necesario para que la pila sea lixiviada en un tiempo económico. la operación requiere que se orienten según la hidrología en medio no saturado.12. el tiempo de contacto mineral-solución será insufiente. vía de flujo preferido. a diferencia de las condiciones saturadas. El término general “flujo preferencial” es usado para describir el flujo no uniforme. debido al limitado contacto solución-partícula en regiones de flujo reducido. Flujo de embudo. que el medio poroso entre ambos puntos. conduciendo a problemas de permeabilidad. presentes en una pila de lixiviación. 7. que flujos mayores al de la conductividad . la recuperación del metal valioso es desfavorecida. se deben cumplir dos condiciones. También se debe considerar. también surgen cuando la mena ha sido compactada debido a malas prácticas o ubicación de materiales inadecuados. se convierten llenas con aire. Los problemas de permeabilidad de la pila.151 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza Sin embago. y por eso. A mayor saturación casi todo el flujo (sobre el 96%) se desvía a los macroporos (poros mayores a 0. posterior riego. cuando ocurre estancamiento sobre la capa fina. en cada una de las cuales. producto de la segregación en el medio.15a). Es importante considerar. En la figura 8. lo que conduce a la propagación de un desplazamiento de solución discreta.. se tiene que la mitad vertical de cada columna. conviertiéndose en el trayecto preferido del flujo de solución y viceversa. lo que indica que a flujos bajos (alta succión).A continuación se presentará un ejemplo de un flujo preferencial en un lecho poroso. respectivamente. cuando la velocidad de alimentación era menor a la de saturación de los finos. pueden conducir a corto circuitos significantes. mayor fracción del flujo total son desviadas a los canales más grandes. heterogenidades y capas de baja conductividad. 5% y 95% del flujo alimentado. aproximadamente. 7. mientras.15. cuando un líquido desplaza otro fluido de diferente densidad y/o viscosidad. mientras.152 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza hidráulica saturada (Ks) del material fino. lo que indica que a flujos altos (baja succión). observándose que para una succión de 1 kpa.Flujo en macropros o cortocircuito. y puede ocurrir en pilas. flujos menores que el correspondiente a Ks del fino.16. están propensos a humectaciones inestales. tal como se ilustra en la figura 8. son los mismos nombre dados al flujo preferencial a través de poros grandes de un medio.. promueven el desplazamiento.3 Flujo preferencial en un lecho poroso segregado(O`kane). el material fino tiene mayor conductividad hidráulica.2 mm en diámetro). bajo velocidades de flujo relativamente altas. tienen la misma conductividad hidráulica. En forma general. resulta en un flujo prefencial a través de las partículas finas. las fuerzas capilares tienen un efecto estabilizador. a presiones mayores de 1 kpa el material fino tiene mayor permeabilidad. las partículas finas y gruesas. En esta figura. respectivamente. Por el contrario. Conforme se incrementa la velocidad del flujo. resulta en un flujo preferencial a través del material más grueso. . ii. Desplazamiento. iii. el material grueso tiene mayor conductividad hidráulica. contiene un material fino y el otro uno grueso. eran coleccionados en las áreas del material fino y grueso. conforme penetra la solución de lixiviación. es referido como desplazamiento. bajo la interfase de un material grueso cubierto por una capa fina. 68% y 32% del flujo alimentado. Flujo en macroporos. se ha superpuesto los valores de los flujos aplicados a ambos materiales. Comunmente se desarrolla mucho desplazamiento.. Cuando la velocidad de alimetación era mayor al nivel saturado de los finos (figura 8. se presenta la las curvas de conductividad hidráulica para ambos materiales. Lechos heterogeneos.Se puede desarrollar un frente o interface inestable. eran coleccionados en las áreas de material fino y grueso. sigue la misma ruta del desplazamiento donde se desarrollo la infiltración inicial. en lugar de una superficie uniforme. De acuerdo a esto. el hecho que luego que el riego cesa y los perfiles drenan. Esta forma de flujo preferencial. la fuerza gravitacional. con el fin de observar el flujo de embudo.12. Aún pequeños incrementos en la velocidad del flujo. En este test se prepararon 2 columnas. el valor menor está bajo el de la conductividad saturada y el mayor sobre este último. Grueso Flujo bajo: 2. Conductividad Hidráulica.5x10-4 .2x10-4 m/s permeabilidad saturada del grano fino. KPa Fig. m/s.16 Funciones de las conductividades hidráulicas.6x10-4 m/s > 1.2x10-5 . 8. Fig.15 Ilustración del flujo preferencial en una columna segregada. Conductividad hidráulica saturada del material fino: 1. . para los materiales gruesos y finos (O`kane).2x10-4 m/s(O`kane). permeabilidad saturada del grano fino.153 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza a) Flujo aplicado: 2. 8. Flujo a través del grueso Flujo bajo: 1.8x10-7 m/s < 1.2x10-4 m/s b) Flujo aplicado: 2. Flujo a través del fino Fino Presión de Succión. se muestra la variación del potencial total () en función de la altura de la pila. Consecuentemente.. se llena con solución una vez que el flujo de solución crítico es alcanzado. desde la superficie hasta el nivel freático. pueden ser alcanzadas con sólo un pequeño incremento en el espesor del film de solución sobre una pared vertical húmeda. l/m2 h Espacio lleno por solución. de material homogeneo e isotrópico dento de la pila.12.. Por debajo de la barrera capilar. es decir. Por debajo de dicho punto. todavía en el rango negativo. hasta alcanzar un valor de s=1 en la zona de la barrera capilar. siempre se inicia cuando el drenaje en un cuello de botella. la gravedad. a menudo necesario para oxidar los minerales sulfurados.23).0 Drenaje de capilares llenos 1.5 Efecto de la velocidad de percolación de la solución. %(*) Comentarios 0 19. toma el valor más negativo y la conductividad hidráulica es mínima.6 6 20. la permeabilidad vertical y la evapotranspiración desde la superficie. El flujo de aire. hasta que se alcanza la inundación del lecho.17b. Tabla 8. Velocidad de aplicación. Estudios experimentales de percolación con mena chancada en columnas. La figura 8. 7. el grado de saturación es alto y la conductividad hidráulica.A continuación se detallará las variaciones del potencial y grado de saturación dentro de una pila. se tienen tres tipos de estados de flujo de solución: (1) drenaje capilar.17a muestra un perfil general del grado de saturación (s). sólo puede ocurrir durante el drenaje capilar y percolación. el grado de saturación vuelve a aumentar. El límite de inundación. la coductividad hidráulica. debido a la carga hidrostática de la solución. en el espaco vacío lleno con solución. alcanzando un mínimo. La cantidad de hinchamiento por solución capilar. es alcanzado a 4070 l/m2 h y su permeabilidad intrinseca puede ser calculada de acuerdo a la ecuación (8. En la tabla 8. al penetrar en la zona basal.4 Estados de la solución en una pila (Bartlett).1 120 21. bajo el cual nuevamente aumenta el grado de saturación.154 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza 7. las que fueron calculadas a partir de modelos matemáticos. es el resultado de un equilibrio dinámico entre varias fuerzas y condiciones. la carga hidráulica toma valores positivos. ocurre el flujo de solución y cierto espacio adicional será ocupado por la solución. en tal caso. causan un incremento del espacio ocupado por la solución de alrededor de 1 a 2% del espacio total. entre otras. el espacio ocupado por la solución cambia inperceptiblemente. como las fuerzas capilares.2 a 3050 l/m 2 h. la humedad inicial. conforme la velocidad de percolación de la solución (Q/A) aumenta. Conforme la solución percola a velocidades de aplicación muy pequeñas dentro de la pila. hasta alcanzar un valor nulo en la zona de la barrera capilar. se presenta el efecto de la velocidad de riego en el espacio lleno por solución. ya fueron llenados con solución durante el drenaje. han mostrado que velocidades de aplicación muy bajas. entre 1. se llena con solución. la porosidad efectiva.2 20. Las velocidades de percolación típicas usadas en pilas.5 Variación del potencial dentro de una pila(Penacho). principalmente por la expansión del film líquido en la interfase aire/solución. El espacio con aire. observándose que se tiene cambios despreciables en el espacio lleno por solución en un amplio rango de velocidad de flujo de percolación.3 3050 21.5. tendrá un valor relativamente alto.5 Inundación 4070 38. presenta un pequeño incremento. la conductividad hidráulica ya no aumenta y mantiene el valor indicado antes. El perfil anterior del grado de saturación. (2) percolación y (3) solución de inundación (flooding). la mena debe ser aglomerada para incrementar la permeabilidad intrínseca. la tasa de riego.7 Rango típico de aplicación 24 21. generalmente hay un mayor grado de saturación que disminuye hacia abajo. Generalmente. Al profundizarse en la pila. en cuyo caso la conductividad hidrálica corresponde al valor saturado.6 (*) expresado como porcentaje del espacio total en la pila. en la zona superficial. Se observa que en la zona superficial. sin flujo de solución. . presentándose también los estados de la solución. al inicio del cuello de botella.Basados sobre estudios de percolación en test en columnas. Grandes velocidades de flujo vertical. genealmente se encuentra un menor contenido de solución hasta alcanzar un mínimo. son mucho menores a la conductividad hidráulica saturada de las pilas. En la figura 8. cercana a la conductividad saturada. y así. debido a que muchos de los capilares en el espacio vacio. El estado de inundación.12. la inundación siempre procede ascendentemente desde el cuello de botella. el potencial es moderadamente negativo. . se ha empezado a aceptar. generalmente no mejora la remoción trasporte de las especies valiosas. ilustra que hay muy pocos operadores y diseñadores de lixiviación en pilas. La tendencia actual. y será inefectivo en el transporte de la especie disuelta. es decir.7 Discusión y implicaciones para diseño y operación en lixiviación en pilas (O`kane). si la percolación de la solución es lenta. intentos por incrementar la velocidad de producción en tiempos más cortos. La aprobación eventual. no puede exceder la velocidad determinada por la conductividad hidráulica local de la solución de los macroporos llenos de solución y el gradiente de presión asociada con la carga hidráulica en un área determinada. El flujo de solución distribuida en la parte superior del lecho. 7.23) se tiene: (vD = Q/A) kI (g/µ) (8. la solución adicional se desviará a algunos canales.12.6 Velocidad de flujo de percolación y eficiencia de remoción (Bartlett). Una eficiente remoción de las especies valiosas disueltas. Altos flujos de solución de lixiviación. una pila consiste de un amplio rango de conductividades hidráulicas localizadas. que el comportamiento hidráulico es un factor clave en el control del comportamiento de la pila. para encontrar una ruta de mayor conductividad hidráulica mayor. no siempre es bueno y a menudo es perjudicial. lo que resulta en un amplio rango de velocidades de flujo máximos posibles. Cuando la velocidad de percolación promedio excede la velocidad límite local.155 a) Grado de saturación en una pila Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza b) Potencial en una pila Fig. de acuerdo a las relaciones de las ecuaciones (8. ocurre cuando la solución fluye uniformemente a través de toda la matriz del lecho. En casos extremos. que son los más grandes. es emplear una aproximación empírica en el aspecto del comportamiento hidráulico. Esta es una consideración muy importante en las operaciones de lixiviación.Una revisión de la literatura. es tan importante para la recuperación de las especies valiosas. para cada una de las microregiones de la pila o dump. por lo que debería ser evitado. que utilizan las herramientas conceptuales. el flujo local a través de la roca fragmentada. para evaluar el comportamiento de los sistemas no saturados. se puede formar un elevado nivel freático. por limitar el flujo de solución a velocidades consistentes con la permeabilidad de la matriz de la pila.30) de la ecuación (8.Con solución confinada en macroporos pequeños.31). que la hidráulica de las pilas. Debido a que en el proceso de recuperación desde minerales sulfurados. debido a la incapacidad de los macroporos más pequeños. teóricas y numéricas disponibles. está proyectado operar a periodos largos de oxidación. cuando la conductividad hidráulica promedio es baja y la velocidad de aplicación es alta. mucho del flujo será a través de estos capilares.. Además.31) Debido a la amplia distribución de los tamaños de partículas. d/dz = 1.12. geológicas.30) y (8. 7. a transportar el flujo adicional. entre los expertos en lixiviación en pilas. Sin considerar la velocidad de aplicación. similar a un flujo pistón. biológicas y operacionales. será la velocidad de flujo percolación promedio. Desde que el gradiente hidráulico máximo posible es el vector vertical.17 Ilustración de la variación del grado de saturación y potencial versus la profundidad en una pila(Penacho). para mejorar el comportamiento en lixiviación en pilas. debe ser seguido . ocurrirá la inundación local y el exceso de solución debe moverse lateralmente. Conforme la velocidad de aplicación de la solución se incrementa. están disponibles. el aumento del flujo de lixiviación. En macroporos pequeños que se encuentan bien mojados. con el fin de aumentar la velocidad del flujo de solución. 8. a causa del incremento del corto circuito de la solución y dilución de la concentración de la solución rica. en pilas y dumps. Un número significante de herramientas en medios no saturados. la velocidad del flujo es limitado. como las consideraciones metalúrgicas. presentarán corto circuito a través de los canales. se tiene: vD KS (8. Una mejora en el comprendimiento de los fundamentos del regimen hidráulico en la pila (es decir.13 Hidráulica aplicada a líneas de riego . Sin embargo. están disponibles para ayudar en el comprendimiento y mejora del diseño. distribución del tamaño de partículas. Con respecto a la determinación del flujo preferente. es necesario cuantificar la segregación que ocurre y medir la conductividad de las capas más finas. Test en columnas. la conductividad hidráulica del material más fino. permeabilidad). y así. se demostró que existe un flujo preferencial en un medio segregado.3. 7. asegurará un flujo aceptable y la lixiviación del material fino. como una herramienta para demostrar la aplicación de la hidrología en la zona no saturada a la lixiviación en pilas. ambas capas puedan ser totalemente lixiviados. y que las herramientas teóricas y numéricas. presentes en el medio. sobre capas de material fino y grueso representativo.12. fue dirigido principalmente a un componente de la operación en la pila (la segregación). el ejemplo demuestra claramente el potencial del beneficio. El alcance limitado de este ejemplo. como fue descrito anteriormente. Hay numerosos factores adicionales que influyen en el comportamiento de la pila. humedad. El alcance del ejemplo de la sección 8. ya sea en el material más fino o más grueso. proporcionará bases para la evaluación del comportamiento de la lixiviación en pilas y desarollar metodologías para mejorar la recuperación del sistema. estas pueden ser usadas para comprender el comportamiento de las pilas. usando un método similar usado en este ejemplo. características del agua. menores al de la conductividad hidráulica saturada del material más fino. condiciones de densidad. de variar la velocidad de aplicación. el cual es dependiente de la velocidad de aplicación. es fundamental conocer. y mejorar así. que podrían ser dirigidas desde una perspectiva de los materiales no saturados.156 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza por la aceptación que la lixiviación es un sistema no saturado. la aplicación de velocidades de flujo. considerando el flujo preferencial que presenta la lixiviación del mineral. El ejemplo demostró que existiendo las herramientas de la hidrología en zonas no saturadas. el comportamiento a largo plazo. no proporciona la oportunidad para desarrollar conclusiones definitivas. podría ser emprendido para caracterizar el impacto de la velocidad de aplicación para las propiedades del material específico de una pila dada. En el ejemplo. para mejorar el comportamiento del sistema. En las operaciones de lixiviación en pilas. para formar una pulpa. Básicamente. Lograr contactar la solución con la gran masa de sólidos y conseguir velocidades de percolación aceptables. de cualquier metal que se puede tratar económicamente por este método. durante el proceso de lixiviación. Esta clase de lixiviación. Lixiviación en pulpas. el solvente y el mineral. Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza MÉTODOS DE LIXIVIACION (Varas) En la industria minera. Este método. zinc. para desarrollar esta lixiviación no se requiere más que un piso impermeable. es la forma de construir el lecho. aplicada actualmente a otras especies. depende entre otros factores de: Tamaño. una alta segregación puede provocar problemas de: Canalizaciones o flujos concentrados Impermeabilizaciones de zonas Pérdida de estabilidad de taludes Menor tasa de flujo percolante A continuación se enumeran los diferentes métodos de lixiviación. plata. estas ventajas incluyen: simplicidad. con respecto a la lixiviación en agitación. Facilidad de la operación. uranio y en general. los que son mezclados con la solución de lixiviación. para el caso del Cu. pertenecientes a la lixiviación de lecho fijo: ii. molienda y lixiviación por agitación). En general.En estos métodos. son los siguientes: 8. Magnitud de tratamiento. . tiempos cortos de puesta en marcha y menor regulación ambiental. generando un tamaño fino.8 a 3%. se requiere que el mineral presente tamaños relativamente gruesos. Los métodos de lixiviación pertenecientes a esta clase de lixiviación.En este caso el mineral es chancado y molido.. los límites de ley por este método son de 0. es que la mena a tratar. Lixiviación en lecho fijo. El fenómeno de segregación de tamaños. es su menor recuperación de la especie valiosa. se manifiesta según sea la técnica de formar el lecho. La cinética de la disolución. a las primeras se denominan de lixiviación en lecho fijo y a las segundas lixiviación en pulpas. forma y porosidad de los fragmentos Densidad aparente de huecos del lecho (porosidad) Homogeneidad granulométrica del lecho Grado de conminución química (chancado químico) Otro factor que influye en el flujo de solución percolante y el contacto sólido/líquido. tales como el oro. está relacionada con la existencia o no de movimiento de las partículas.1 Lixiviación en pilas Lixiviación in situ Lixiviación en botaderos Lixiviación en bateas Lixiviación en agitadores Lixiviación en autoclaves Lixiviación en pilas Es la técnica de lixiviación de cobre más antigua practicada. con el consecuente ahorro en energía de molienda e incluso chancado. tiene ventaja comparado a la molienda convencional (chancado. Una posible desventaja de esta tecnología. sea porosa y con leyes mayores que los tratados en botaderos. la selección del método de lixiviación a usar depende entre otras cosas de: La ley de la especie valiosa Solubilidad del metal valioso en la fase acuosa.. sobre el cual percolará la solución. La condición esencial. se ópta por aquel que entregue mejores indices técnicos y económicos Una forma de clasificar los métodos de lixiviación. es altamente dependiente de las caraterísticas físicas del lecho de mineral. La práctica industrial. menores costos de capital y operación. se practican varios métodos para contactar la fase sólida con la solución acuosa en un espacio confinado.157 VIII. i. impedirían una percolación de la solución a través del lecho. debe poseer una concentración del reactivo lixiviante adecuada para el consumo de la mena. . haciendo no rentable este método de tratamiento. la cual es regada en la parte superior de la pila por diferentes métodos. la tecnología en pilas fue mejorada al poder tratar. La solución rica es colectada en la base impermeabilizada. SX para el caso del Cu y carbón activado. varía de un mineral a otro y también se adecua.1. fue debido a la introducción de una etapa llamada aglomeración. En el caso del cobre. similar a la requerida por el sistema de bateas Obtener altas recuperaciones de las especies oxidadas. la que presenta cierta inclinación. puede permanecer en el mismo lugar o ubicado en lugares especiales. al mejor de los sistemas de lixiviación por agitación. A mediados de 1970. a través del proceso de flotación. luego de la recuperación de las especies valiosa. La tecnología de aglomeración y pilas. Desde esta piscina. con una granulometría máxima que va desde 1/4” a 2”. menas de baja ley y con contenidos de arcillas. va disolviendo los elementos a recuperar. Luego del riego con la solución de lixiviación. Este mejoramiento. la que es sometida a una etapa de aglomeración y curado. es convertida en solución pobre (refino para el caso del Cu) y convertida en solución de lixiviación. durante tiempos que pueden ir de 1 mes hasta más de un año. la que permitió la explotación de yacimientos. la mena es chancada y reducida de tamaño. Sin la etapa de aglomeración.158 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza La solución de ataque. La solución rica (PLS para el caso del Cu). Luego de este tiempo..La forma en que se aplica este proceso. 8. Posteriormente. el mineral es apilado en un piso o cancha.2 Descripción general.1 Objetivos. La solución lixiviante al atravesar el lecho del mineral. donde es colectada en tuberías y enviada a una piscina de almacenamiento. En esta tecnología. muchos de estos depósitos no podrían ser tratados por lixiviación en pilas. se riega con la solución de lixiviación a cierto flujo. a la forma en que se desean recuperar los contenidos metálicos desde las soluciones de lixiviación. según el tipo de mineral.1. es aplicable a muchas menas.. Obtener recuperaciones considerables de las especies sulfuradas. similares y mejores. residuos y colas de molienda. el mineral ahora denominado ripio. debido a que si la cantidad de arcillas o finos generados por las etapas de explotación y chancado es excesiva. que hasta ese momento no eran rentables. en competencia con las obtenidas. Finalmente.Entre las metas que se pueden alcanzar cuando se hace uso de este método de lixiviación. podemos mencionar: Mantener una inversión baja. para regar nuevamente las pilas. donde permanecen por un tiempo que puede ser hasta de 48 h. para el Au y Ag. la solución es bombeada hacia la etapa siguiente. pero en la misma operación que se procesan las menas oxidadas. es recomendable que la pila sea sometida a un lavado con agua fresca o alguna solución diluida de la especie valiosa. en algunos casos. 8. 1. lo que en algún momento causaría un deteriodo en la calidad de percolación del lecho.1 Diagrama de bloque del proceso de lixiviación en pilas. sin embargo. El uso de chancadores secundarios e inclusive terciarios. para ayudar a incrementar la temperatura de la mena. dependerá de los resultados de los estudios previos. 8. o bien crear fisuras en la roca de manera que se generen puntos de acceso para el ataque ácido. . Una vez chancado el mineral. El chancado obedece a la necesidad de liberar y dejar expuesta la especie mineralógica. es la etapa en la que el tamaño de las rocas extraídas por el proceso minero es reducida de tamaño. depende del tamaño final deseado del mineral a curar. con la consiguiente disminución en la disolución de la especie valiosa.159 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza Fig. llegando a extremos en que la solución definitivamente no percola a través del mineral. mayor será la disolución del metal.También llamada de conminución. previa a la etapa de aglomeración(Schnell). es enviado hacia un galpón. sin embargo. también produce una mayor generación de finos. Este galpón es equipado con sólidos para intercambiar calor de vapor sobre la descarga. sobretodo si la mineralización se encuentra diseminada.3 Preparación mecánica de minerales. para ello se emplean chancadores de diferente tipo (de acuerdo al tamaño final del producto que desea obtener). 7. el tamaño hasta el cual se reduce el mineral. En la medida que aumenta la trituración.. en general el tamaño máximo variara entre 1/2” a 2”. previo a la etapa de aglomeración. Fig. La formación de un lodo lamoso por los finos. Esta segregación. en la actualidad. que las fuerzas que mantienen unidas a las partículas finas. aunque no exista segregación al inicio de la lixiviación. en lugar de fluir descendentemente. Las menas conteniendo excesiva cantidad de arcillas y/o finos (es decir. se presentará aún. tienden a sedimentar en la base y áreas de pendientes menores de la pila. Una lenta percolación de la solución. Esta segregación produce áreas localizadas. 7. cierto nivel de segregación. causando que la solución fluya lateralmente. Por otro lado. en general se aplica la etapa de aglomeración a todas las menas a tratar en pilas y bateas. .xx). pudiendo requerir la pila de reconstitución mecánica. c) cerrado inverso 8. (Polizzotti). mientras los fragmentos más grandes. es agravada cuando la pila es nivelada.Las operaciones económicas de las pilas de lixiviación. para la instalación del sistema de riego. Para controlar los efectos perjudiciales de la segregación. produce áreas sin lixiviar en las pila. percolando descendentemente a través de las regiones de menas gruesas (si el flujo no es muy bajo) y desviandose de las zonas con gran presencia de finos. la que sigue las rutas de menor resistencia hidráulica. esto no garantiza que la segregación no ocurra durante la etapa de lixiviación (figura 7. sean estables y mantengan su fuerza de unión durante la operación de lixiviación. debido a su tendencia a una lenta percolación de la solución de lixiviación. tal como se observa en la figura XXX.4 Etapa de aglomeración y curado. la mena es sometida a una etapa de aglomeración (sección 4. debido a una buena etapa de aglomeración. requiere que el mineral a tratar presente una buena permeabilidad luego de chancado y apilado. Si la etapa de aglomeración no es bien realizada. tales canalizaciones. puede ser severa y sellar la pila. han sido encontradas indeseables.1. proporcionando así. Aunque la aglomeración ya es necesaria para minerales con más de 8% bajo 65 a 100 #. por lo que es deseable.160 a) abierto Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza b) cerrado Fig. pudiéndose obtener un medio homogeneo.. Esto origina la canalización de la solución. un buen contacto entre la mena y la solución de lixiviación. XXX Segregación presente en una pila.2 Circuitos de reducción de tamaño.16). puede ocurrir cuando los finos se concentran en el centro de la pila. con marcadas diferencias en permeabilidad. 30% -100#). durante una aglomeración no óptima(Velarde). En esta etapa de aglomeración. lo que tendría impacto positivo en etapas posteriores.16). En esta etapa también se produce la solubilización de gran parte de las especies de fierro.8). Aparte de los beneficios generales nombrados anteriormente. como SX para el caso del Cu. ambos medios deben tratarse en forma diferente. Un ejemplo de esto. en medio ácido se tiene otro tipo de benficio.14.15). se incrementa el Cu soluble.xx Variación de la permeabilidad relativa en una pila a través del tiempo(Salomón). también existen reactivos que pueden realizar ambos tareas a la vez. En la figura siguiente. evaluaciones preliminares.14. también es común agregar ciertos reactivos disueltos en cualquiera de las fases líquidas adicionadas. acomplejantes de las especies valiosas y otros. el que es una medida indirecta del grado de sulfatación. Debido a que las condiciones químicas son diferentes en medio ácido y alcalino. base del ión férrico. paralelamente se incrementa la transferencia de O2 al lecho. A continuación se enumeran los diversos efectos que ocasiona la etapa de aglomeración: Permite la formación de gránulos estables. el primero es típico de proceso de recuperación del Cu y el segundo del Au y Ag. Se obtiene una distribución de solución más homogenea a través de la pila Reducción de la turbidez de la solución rica. Causa el desarrollo de un perfil constante a través de la altura de la pila. el ácido disminuye el efecto disolutivo de las gangas alteradas (secciónes 4.161 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza Fig. esenciales en la etapa de lixiviación de las especies valiosas. lo que se traduce en altas concentraciones de Cu al inicio de la lixiviación. . son los humectantes. se usarán indistintamente. se ha reportado que en esta etapa. con los problemas asociados y que son detallados en la seccion 4. Introducción de reactivos al inicio del ciclo de lixiviación. los reactivos aglomerantes de distinto tipo. i. las que posteriormente son más solubles al lixiviarlos en las pilas. la ausencia de ácido en el curado en este tipo de menas. algunos de estos reactivos ayudarán a la cinética de disolución de la especies valiosas y otros a la estabilidad física de los gránulos. Este efecto se conoce como curado. necesario para el ataque de los sulfuros. 7. lo que provoca un aumento de percolabilidad del medio (sección 4. donde ocurre la adherencia de las partículas finas entre si y principalmente a las más gruesas. ocasionaría cierta disolución de la ganga. la que va a depender de los minerales presentes. Curado en medio ácido: Usado típicamente para los minerales de cobre. Permite la transformación química. de preferencia las especies de valor. está última puede ser agua fresca y/o alguna solución del proceso (generalmente refino). del o los reactivos usados. se muestra que al aumentar la dosis de ácido en el curado. se realiza con ácido sulfúrico (96% de pureza) y una solución acuosa. ocurre la sulfatación aproximada entre el 50 a 60% de las espcies oxidadas(Bateas).14. En adelante el término curado o aglomeración. las que se agregan en forma separada en el equipo aglomerador. Provoca de la sulfatación de gran parte de las especies oxidadas y parcialmente de las especies sulfuradas (sección 4. antes de su evaluación industrial.5 y 4. indicarán los beneficios de los reactivos dosificados. los que se enumeran a continuación: En la lixiviación de crisocolas y gangas reactivas. es decir. debido a la probabilidad de degradación con el H2SO4. tales como los siguientes casos: . Dosis de ácido Dosis de agua : Tiempo de curado Densidad aparente del aglomerado Humedad de mena aglomerada : Timepo de residencia (en tambores) RPM (en tambores) Dosis de humectante : 5 – 30 kg/t de mineral 30 – 100 k/t de mineral : 8 – 36 h : 1. efecto benéfico para la sulfatación. sin embargo. normalmente se usa el siguiente procedimiento: se toman muestras de alimentación a la etapa de aglomeración cada determinada tiempo. cobre soluble. Debe evaluarse la estabilidad de los compuestos orgánicos. los parámetros de operación presentan los siguientes rangos: Un aumento de la temperatura del aglomerado. En la etapa de riego.6 t/m3 (Codelco) (Bernard) 9 a 10% : 1 a 3 minutos (Jarufe) : 4-15 RPM (Jarufe) : 5 a 10 g/t(Codelco) Control de adición del ácido en planta: La dosis de ácido en esta etapa es un parámetro muy importante en el proceso de lixiviación. Se ha reportado que el calentamiento de la solución acuosa de esta etapa. debido al ácido agregado en la etapa de curado. obteniendo un menor consumo de este reactivo. cuando aumenta la cantidad de arcillas y ganga reactiva. se puede usar una solución con una baja concentración de ácido. debido a las variaciones intrínsecas de la mineralogía del y a la granulometría del medio. agregados en esta etapa. como por ejemplo cada 8 h.4 Sulfatación del Cu en el curado en función del ácido agregado(Domic). los reactivos humectantes. 7. sin sacrificar la cinética de extracción.162 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza Fig. algunas menas pueden no ser aptas para el proceso de curado ácido.4 a 1. lixiviación). el tiempo de reposo también debería incrementarse. debido a la mezcla ácido concentrado y solución acuosa. en la recuperación de Cu. Por ejemplo. En esta etapa. las que se analizan por consumo de ácido. la recuperación de minerales sulfurados es mejorada. En la actualidad. Algunos de los consejos que se deben tener en esta etapa son las siguientes: Al aumentar la cantidad de ácido y solucón por algún motivo. como es el caso. todavía no existe un método de dosificación en línea de este reactivo. sin presentar impacto negativo. En la lixiviación de minerales mixtos y sulfuros. durante esta etapa. El calentamiento de la solución puede ser de 20 a 27ºC(Salomón. también debería evaluarse su posibilidad de agregarse en el refino alimentado a las pilas. el que puede llegar del orden de 60 a 70ºC(Farias). disminuye considerablemente el consumo de ácido. para la dosificación de este reactivo. debido al aumento de temperatura y de las condiciones oxidantes alcanzadas. aplicandose la siguiente relación para la dosis de ácido XXXX En el caso del cobre. las primeras en contactarse con el mineral. el elevamiento superior puede ser permeable pero se convierte impermeable conforme el elevamiento es enterrado. puestos que estos se degradan con el ácido del curado y pueden contaminar el circuito de SX. sino el estado capilar. la cual se incrementará de acuerdo a las siguientes características: disminución del tamaño de partícula. Por lo anterior. al aumentar el grado de mojabilidad del mineral al aumentar el grado compactabilidad deseado. la cantidad de solución necesaria para alcanzar este estado. Menas con leyes muy altas en Cu (máxima hasta 3%). En operaciones multipilas. En un aglomeración óptima. al que hay asociado una humedad determinada que depende de las condiciones del mineral y en especial de la cantidad de finos presentes.5 a 1 kg/t iii. las soluciones intermedias usadas son el refino y el electrolito de descarte. usar otro medio de lixiviación. En este caso sería aconsejable. al aumentar la cantidad de finos y arcillas presentes. Menas con muy alto contenido de carbonato.1). en especial el primero. la pobre irrigación del elevamiento superior será magnificado una vez enterrado. con la solución adicionada. se produce una mezcla seca. mientras un exceso causa un efecto fangoso. como el amoniacal. se forman puentes sólidos Dosis de cemento Dosis de agua : 20 a 40 Kg/t Humedad de mena aglomerada : 10 a 12 % Cal : 3 kg/t Cianuro : 0. : 5 kg/t Incidencia del medio acuoso en la aglomeración: Como se dijo. presenta efectos negativos en la permeabilidad En operaciones multipilas.16. si no se tiene una humedad adecuada durante la aglomeración. siendo generalmente las soluciones acuosas. por lo que la humedad no es el parámetro que controla la aglomeración óptima. siendo ambos casos inadecuados para la aglomeración. sin embargo. Por lo tanto. debido a que deterioran la resistencia mecánica de los glómeros. la forma y secuencia en que esta solución es dosificada. también tiene incidencia. moler y lixiviar en agitación en medio ácido.Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza 163 ii. en la aglomeración óptima existe una humedad determinada. siendo recomendable que estas soluciones no contengan restos de orgánicos (atrapado por arrastres en la etapa de SX). Una baja humedad. esta solución es importante en la aglomeración. lo que origina consumos excesivos de ácido e inestabilidad física de las pilas. debido a la mayor viscosidad del ácido sulfúrico. Curado en medio alcalino: Usado típicamente para el caso del Au y Ag. se formará cierto film de líquido que corresponderá al estado capilar (sección 4. debido a la inestabilidad de la pila en el transcurso de la lixivición. no siempre se utiliza agua fresca. los que necesitan resistir la manipulación y el procesamiento posterior del mineral. también es común el uso de soluciones de planta. se presentará segregación durante el apilado del mineral y una pobre calidad de glómero. ocasionando los siguientes problemas(Velarde): Empozamiento parcial o pobre percolación del lecho Percolación heterogenea Velocidad de riego limitada o imposibilidad de usar altos flujos de riego Altura limitada de la pila Pequeños incrementos en los finos o arcillas. sin embargo. En este caso sería aconsejable. no es constante. Para el caso del Cu. debido a que las propiedades del mineral está cambiando constantemente. la cual se deteriorá aún más a través de la etapa de lixiviación. Al existir insuficiente humedad. producira un curado inefectivo y un gran retraso hidráulico Reducción de la recuperacion y mayores costos asociados . En la calidad del glómero. Para el caso de medio ácido. l/m2 h 500 400 300 200 100 0 20 40 Tiempo de curado. se incrementa la dosis de aglomerante. se reportado diversos compuestos como la cal (para formar silicato de Ca). para permitir que los reactivos agregados actúen produciendo diferentes reacciones químicas de oxidación. gelatina. h 60 80 Fig. Tiempo de curado: Es necesario un determinado tiempo mínimo (figura XXX). hidrolización. % 16 20 Fig. En general se tiene que.1).17. el que ocurre por la perdida de cierta humedad del gel. actúa como agente químico enlazante(Níckel). Adición de aglomerantes: Aparte de los reactivos necesarios para el aglomerado y curado. iv. l/m2 h 1200 1000 800 600 400 200 0 4 0 8 12 Humedad. XX Influencia de la humedad. incrementarán la resistencia mecánica de los glomeros. Inorgánicos: En este caso. Por lo anterior. ayudan a la unión de los finos a los gruesos por puentes sólidos (sección 4.16. Con respecto a este mecanismo. al aumentar la cantidad finos. Se ha reportado que la reprecipitación del gel de sílice proveniente del ácido silícico.164 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza 1800 1600 1400 Flujo. 600 flujo.1). reacciones exotérmicas y otras que contribuyen y facilitan la lixiviación posterior de las especies valiosas (Jarufe). se ha indicado que un exceso de sales . Para el medio alcalino. En la figura XXX se observa la incidencia del tiempo de reposo en el flujo de riego. las sales precipitadas en la etapa reposo. sulfatación. los que incrementan la calidad del aglomerado según el mecanismo del aglomerante endurecedor (sección 4. la presencia un precipitado insoluble en medio acuoso. los que pueden ser mezclados con polimeros. goma guar y goma arabiga(Cuproclor). inclusive a través del tiempo de lixiviación. En medio ácido. algunas veces se agregan reactivos orgánicos e inorgánicos. XX Incidencia del tiempo de curado v. que cumplen la función de aumentar la resistencia de los glómeros. se debe evaluar la estabilidad de estos reactivos al contacto con el ácido concentrado. Otros tipos de compuestos usados como aglomerantes son: Agar. A continuación se enumeran los dos tipos de aglomerantes: Orgánicos: Formados por polimeros que son solubles en agua. cemento y otros. uno de los precipitados reportados beneficioso para la aglomeración es el sulfato de calcio. lo que hace que la humedad óptima y los otros agentes adicionados en esta etapa. bueno partícula. asegunarndo así. produce una mayor extracción y cinética de lixiviación. en comparación a pilas. bueno 0. no se cuenta con un control automático consolidado de esta variable. aún no se tiene un control total de ciertos parámetros.5 g/t (Au) concentración por gravedad ( a menor tamaño de 12 h. Deslamado vs aglomeración: A pesar que la lixiviación en pilas últimamente se ha consolidado. Tabla XXX Criterios de aplicación para la lixiviación por agitación de los finos deslamados. máx. no seán los adecuados. puede necesitar un circuito de 24 h. obteniéndose un máximo que correspondería a la humedad óptima. debe ser considerado. es mezclar la mena con agua y filtrarla en vacío. Consumo de reactivos: La lixiviación por agitación. 40-60 kg-H2SO4/t. Se puede aplicar flotación. el éxito de la lixiviación en pilas(Jhon): vii. que apoyan el proceso de deslamado. Si la lixiviación en pilas de los finos no es justificable. con respecto a la lixiviación en agitación. . Riesgo: El deslamado elimina el riesgo de la operación de la lixiviación en pilas de la fracción gruesa. La humedad adecuada.5 a 2. por lo que se deben realizar pruebas preliminares. es la alta presencia de finos. bajo condiciones ácidas. puede ser perjudicial. normalmente la ley de la especie valiosa es mayor a la ley de corte del bulk de la mena. debido principalmente a la variación de la mineralogía en el tiempo. el que es dependiente a la cinética de lixiviación de lixiviación. 1 a 1. Retos en el control de aditivos: La etapa de aglomeración ha sido clave en la consolidación del proceso de lixiviación en pilas. Recuperación: El tratamiento por agitación de los finos. la que es determinada a nivel laboratorio. máx. A coninuación. en lugar de los 40 a 300 días asociados al proceso de pilas. el cual si es excesivamente alto. se pueda contar con el dinero asociado a las especies valiosas respectivas. en la actualidad. tratar en forma aparte los finos mediante lixiviación por agitación y los gruesos por pilas. la desventaja principal de este proceso es la menor recuperación de las especies valiosas. Este método no es posible usarlo en línea. El oro libre. Uno de los problemas incidentes en las pilas.2 kg-NaCN/t. Otro método consiste en graficar el contenido de humedad vs la densidad seca.5 % (Cu) 6 h. presentando grandes avances en su comprensión y mejora a nivel industrial en la minería. vi. En casos límite. es del orden del 70 a 80% de la humedad de impregnación. por lo que sería factible. máx. Control de la humedad: En la actualidad. bueno 10 kg-H2SO4/t. tal comos se muestra en la siguiente figura. la alternativa de un previo deslamado del mineral. Este método no es posible usarlo en línea. la humedad del queque contendrá un lígero contenido mayor al óptimo(Van Zyl). para la posibilidad de la lixiviación del material fino deslamado. Sin embargo. se enumeran diversos métodos que se aplican para el control de este parámetro: Un método simple de estimar la humedad apropiada en la aglomeración. cantidad a la que se le resta la humedad natural y el volumen equivalente del ácido agregado(Avendaño). se enumeran los argumentos. Flujo de caja: Debido a la mayor cinética de extracción vía agitación de los finos. bueno para reducir el tiempo de lixiviación.165 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza insolubles. Este método no es posible usarlo en línea. es muy problable que no pueda ser controlado por la etapa de aglomeración. eliminando los problemas asociado a los finos (XXXX). a causa de su baja ley. para hallar el rango sales apropiado. menor el tiempo de lixiviación) 24 h. 1. estas deben ser enviadas para su disposicidión en áreas respectivas. En la tabla siguiente se presentan algunos criterios a tomar en cuenta. debido a que pueden bloquear los accesos a las especies valiosas. 1 kg-NaCN/t. requiere de menor un consumo de reactivos. hace posible que en sólo unos días luego de extraído el mineral desde esta granulometría. Tiempo de Ley Consumo de reactivos Comentarios lix. En tales casos. A continuación. máx. Fig. Determinar la incidencia de la forma de mezclar ácido/agua. XXX Relación de humedad seca vs contenido de humedad(Bartlett). existen aplicaciones en el área de los medicamentos. del uso del torque y potencia del tambor aglomerador. para lo cual se deben realizar los estudios pertinentes. según la calidad manual y visual del aglomerado. la cantidad de humedad se realiza de acuerdo al expertizaje del operador. En la figura siguiente. De consolidarse este método. por lo que se deben realizar estudios respectivos para la adición de este reactivo en forma automática. que no se tiene conocimiento del uso en línea de esta técnica. el cual está relacionado a la humedad del medio. En varias plantas. aunque no se debe descartar su uso en línea. lo que puede hacer posible la adición en línea de la solución aglomeradora en el campo de la minería. % Fig. como es el caso cuando aumenta la cantidad de arcillas y ganga reactiva. XX Influencia de la humedad en el torque de un tambor aglomerador(Luukkonen). Se debe aclarar. para hallar la humedad óptima. en el área de los medicamentos. . Algunos de los consejos que se deben tener en esta etapa son las siguientes: Al aumentar la cantidad de ácido y solución por algún motivo. se observa la influencia de humedad en el torque del tambor aglomerador. El uso conductimetros. es posible usarlo en línea. Dosis de ácido: Este es otro parámetro que en la actualidad. con el fin de alcanzar la máxima temperatura del aglomerado. valor que reporta la conductividad del glómero. el tiempo de reposo también debería incrementarse. sino en forma batch. En la actualidad. no tiene un control automático. lb/ft3 166 Humedad.Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza Densidad seca. viii. para el caso de los reactivos humectantes. en la recuperación de Cu. . Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza Debe evaluarse la estabilidad de los compuestos orgánicos. puede ser excelente. para obtener glómeros de resistencia mecánica apropiada. dependiendo del tamaño del equipo y velocidad de producción. Equipos aglomeradores(Van Zyl): Los aglomeradores deben proporcionar la agitación y movimiento necesario. Por ejemplo. también debería evaluarse su posibilidad de agregarse en el refino alimentado a las pilas. siendo los reactivos agregados en forma de chorros o duchas. respectivamente. se muestran la representación de la operación de un tambor aglomerador y una foto real. sin presentar impacto negativo. alcanza un máximo con el contenido de humedad óptimo. XXx Representación esquemática de un tambor aglomerador. El calentamiento de la solución puede ser de 20 a 27ºC(Salomón.167 ix. lixiviación). La resistencia mecánica del aglomerado. Se ha reportado que el calentamiento de la solución acuosa de esta etapa. Fig. A continuación se describen los tres aglomeradores de mayor uso: Tambor Aglomerador: es usado para obtener la rotación y compactación adecuada para la aglomeración. La velocidad de crecimiento del aglomerado. En la figuras XXX y XXX. Este tipo de equipo produce una aglomeración con una gran distribución de tamaño. disminuye considerablemente el consumo de ácido. agregados en esta etapa. siendo bastante eficientes para esta función. debido a la probabilidad de degradación con el H2SO4. es una ciencia inexacta y existen pocas publicaciones al respecto. cuando el fluido aglomerante es adicionado al pie de carga en cascada. para todos los sólidos de tamaño y una movilidad variada. el cual es el tiempo de residencia. Una aproximación rigurosa. la distribución de los aglomerados fluctua en un rango pequeño. con un balance del rompimiento de los glómeros. Se ha demostrado. grados diámetro del tambor.168 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza Fig. determinado del tiempo de residencia requerido. en los aglomeradores tipo tambor: t= 1. mostrándo una aglomeración continua. y su posterior cara en el rodamiento en cascada del ángulo de reposo (dinámico). grados longitud del tambor. es el tiempo real. pies pendiente del tambor. luego de este periodo. La siguiente ecuación puede ser usada para determinar el tiempo de residencia. donde se asume el elevamiento de la partícula con la rotación del tabor. RPM . considerando los resultados de trabajos existentes. es cuantificado por los test de resistencia física. este a su vez. El modelo del tiempo de residencia de los sólidos. en realidad existirá una función de distribución del tiempo de residencia.77 (Ar L)0. Actualmente. min ángulo de reposo del material. La función de distribución es cercana a la de un flujo pistón. toma en cuenta en el cálculo la forma de carga. es usado para calcular los parámetros globales del aglomerador. tales como: rotura de caida. el cual depende del tamaño de ls agregados y de la resistencia de los agregados. muchos aglomeradores han sido seleccionados sobre un criterio simple. XXX Tambor aglomerador. en lugar de un criterio más riguroso. ocurre en dos revoluciones del tambor. El tiempo (o número de revoluciones) requerido para alcanzar una resistencia apropiada. contracción y rotura bajo un carga aplicada sin rompimiento. la que es altamente probable válida.5 / ST D N Donde: t Ar L ST D N tiempo de residencia en el tambor. (Miller) El diseño y selección de un tambor aglomerador. relacionadas al cálculo y criterio de selección. que la aglomeración de los materiales finos. como el “grado de aglomeración”. pies velocidad del tambor. con respecto a los 2 anteriores. Este tipo de aglomeradores. Al aumentar la cantidad de finos. recurriendo a la expresión para la velocidad crítica: Nc = 42. pies 10 11 12 Fig XXX. 800 700 600 Capacidad. también puede ser obtenido en función de la capacidad de tratamiento. para obtener el movimiento y compactación necesarios. produce un menor grado de compactación y aglomeración de los actuales aglomeradores en uso. empleando palas y carretillas.5 La longitud. RPM %RPM Porcentaje de giro del tambor. Aglomerador de tornillo: Este mezcla el material al ser transportado por un tornillo sin fin. La aglomeración también debe ser inducida durante la descarga. es obtenida al reemplazar la ecuación anterior en la ¿XX?. siendo aconsejable los de diámetro mayor(Miller). Este tipo de aglomerador tiene poco uso en la minería.32/D0. necesita de 2 a 3 puntos de transferencia y con 10% -100#. de acuerdo a la figura XXX. Dimensionamiento de tambor rotatorio. se usan las correas transportadoras para obtener el movimiento y la compactación necesarios para la aglomeración. por ello se tiene: %RPM = 100 N/Nc Donde: Nc Velocidad críitca de rotación.169 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza Tipicamente para el escalamiento.27 m. Este tipo de aglomerador. Este equipo produce un aglomerado uniforme con excelente resistencia mecánica. % De esta forma. Cuatro operarios pueden aglomerar y cargar de 12 a 15 toneladas de mineral por día . Con respecto a N. donde la mena rueda en altas pendientes. Aglomerador tipo disco: Este aglmerador usa una especie de cazerola plana inclinada. Con respecto a la pendiente del tambor. El el diámetro del tambor. son apropiados para minerales que presentan muy poco material fino y un chancado grueso produce una buena extracción de las especies valiosas. Aglomerado manual: Es usado en plantas de muy pequeña capacidad y plantas pilotos. la razón L/D es mantenido constante (de 2 a 5). esta varía entre 3 a 7º. con el requerimiento que D tiene que ser mayor a 1. Aglomeración en correas: En este caso. donde el movimiento de roleo se encarga de realizar esta operación. respecto de la velocidad crítica. La correa debe presentar una alta pendiente para inducir el rodamiento sobre la correa o debe tener multiples puntos de transferencia en los cuales ocurren la agitación y compactación. se necesitan de un mayor número de puntos de transferencia (la mena silicea dura con 5% -100#. de 4 a 5 puntos). este suele estar entre un 20 a 60% de la velocidad crítica de rotación. t/h 500 400 300 200 100 0 4 5 6 7 8 9 Diám etro. se tratan de 300 a 2000 t/día. iii. Esto impide la zona de compactación y mejora la permeabilidad. Apilamiento con correa. que transportan el mineral entre ellos. Sin embargo.5 m de altura. siendo su mayor problema la compactación y extrema perdida de permeabilidad. se pueden construir pilas de 3 a 5. La humectación de la mena con la solución de lixiviación. Este método es usado en faenas pequeñas. con menas suaves producirán una capa superficial casi impermeable.1. deposita una pila cónica de mena en su perímetro. no causa compactacion en la parte superior de la pila. Se conocen dos métodos de descarga con camión: (1) descarga al final del apilamiento y (2) apilamiento o descarga pistón. Un apilador de correa radial.El principal objetivo de la construcción de las pilas. introducido en una o más puntos . presentando generalmente menores costos de operación que el sistema de camiones.La construcción de la pila con cargador frontal. también son útiles para mezclar el mineral con cada caida a la correa del siguiente grasshopper. existiendo mayor generación de finos en comparación al caso anterior. consiste en depositar el mineral por capas. por este método. causado por la presión de las ruedas del camión. Apilamiento con cargador frontal.000 t/día. La pila puede ser alisada con rastrillo por un operador parado sobre los tablones para producir compactación. sin embargo. luego de la construcción y previo a la lixiviación. en el nivel superior de la pila. Apilamiento con camiones. Esta dificultad es menos seria con menas duras.Este método de apilamiento. i. ubicado al final de la última correa. de 300 a 10. XXX Dos variaciones en la construcción de una pila usando camiones(Bartlett).En este caso. el mineral es descargado desde camiones. Este método.. es la obtención de una pilas lo más homogenea. ligeras modificaciones son usualmente necesarias para cada proyecto específico. Unas series de correas grasshopper.. debido a su forma visto lateralmente. siendo para tal efecto vaciado en el borde superior de la pila. para nivelando y ripeando la superficie de la pila. Sistema portátil: En este caso una serie de varias correas transportadoras inclinadas. con el repectivo movimento del mineral entre correa y correa. Dependiendo del tamaño cargador. El éxito de en la construcción de una pila. XXX Formación de una pila con cargador frontal.5 Sistemas de carguio(Bartlett).170 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza 8. Este método se puede realizar con sistemas portátiles y mecánicos. El apilamiento empieza lejos del final de una pila con el grasshopper extendido a su máxima distancia. Ellos son conocidos como correas modulares o saltamontes (grasshoppers). el que produce muy bajas presiones en el lecho. Para alisar la superficie de la pila. A continuación se detallan tres tipos de apilamiento usados a nivel industrial.. pudiendio afectar la permeabilidad del lecho. se usa una niveladora. varía con el tipo de la mena y desde que dos menas no son exactamente semejantes. con el objeto de hacerlo rodar en cascada por la pendiente. Fig. según el ángulo natural de reposo. típicamente de 20 a 30 m de longitud. es una forma suave de manipular el aglomerado. el cual puede ser afectado por su tipo construcción.. Fig. es posible generalizar en términos de técnicas apropiadas a ser usadas con menas que tienen similares características. ii. 1. camión o cargador frontal. Sistema mecánico: Estos son generalmente usados. El carguio de la pila es un punto crítico en la operación. En los dos últimos casos. conocido como rotopala. Fig. La solución que atraviesa la pila y trasnporta las especies valiosas. acumulándose el material fino en los puntos de descarga. tal como se muestra en la siguiente figura. aunque también son usados en pilas multielevamiento. que tratan de 10. se inicia la etapa de lixiviación propiamente tal.000 t/día. sino también para obtener un lecho poroso y permeable. Se usa a menudo. para lo cual. presentando una descarga movible. para lo cual se utiliza recolectores tipo pala de rueda con capachos. 8. paralelo a la etapa de reposo del aglomerado. 8.3 Segregación con carga con correa. Fig.24 Domic Fig. el mineral permanece más o menos homgéneo.3 Segregación con carga con correa.171 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza de caída. así. que requiere cuidados no sólo para evitar daños en el piso. Fig. La correa transportadora puente es movida lateralmente periódicamente. son del tipo gravitatorio en un medio no saturado. Luego de la etapa de reposo. mientras los fragmentos gruesos ruedan en cascada. la mena puede ser descargada en cualquier punto a lo largo de su longitud. se inicia con flujos bajos hasta alanzar en algunos días la tasa de riego requerida (Escondida). 8.6 Riego de las pilas (Jarufe) Una vez que el mineral ha sido apilado. una correa transportadora puente el que es movil y es perpendicular a una correa transportadora fijada a un centro. XX Vista de una sistema de correas articuladas(Domic).000 t/día). ya sea con orugas o sobre carriles. sobre este se arma manualmente todo un sistema de regado. en el carguio con correa (tipo apilador) produce normalmente una segregación natural. 7. . El mineral puede ser depositado sobre el piso con correa.000 a 50. Este método es usado en faenas medianas. también facilita la aglomeración de la mena. en operaciones de gran tonelaje (más de 75. Esto genera rutas preferenciales de percolación en las zonas de material grueso. deben cumplir en general con las normas estipuladas para los sistemas hidráulicos. Necesidad de riego Operaciones y maniobras de acuerdo a los procesos y tipo de pilas . La cinética de extracción de la especie valiosa La concentración de la especie valiosa El deterioro de la superficie de la pila La compactación de la pila La temperatura de la solución La evaporación de la solución Consideraciones generales para el sistema de riego: Para el diseño y selección de los dispositivos de riego se deben tener presentes las siguientes consideraciones: El sistema de riego no debe ser complejo. esto es. pueden ser de polivinilcloruro (PVC) o polietileno de alta densidad (HDPE). El tipo de riego aplicado en los sistemas de lixiviación y su velocidad de aplicación. además de. sea lo más alta posible. esto es. para lo cual se debe tener una buena distribución de la solución sobre el mineral apilado. no debe provocar desaglomeración de los finos. Mantener una buena distribución de la solución es tan importante como proveer una buena permeabilidad de la pila. siendo función de la permeabilidad de la pila y de la concentración de la solución a obtener.5 a 20 l/m2 h. Se debe tener un tipo y tamaño de gota que no sea afectada por las condiciones ambientales. debido a que favorece la cinética de disolución Para evitar el congelamiento de las soluciones en invierno. por ejemplo la presión de las líneas de distribución debe ser constante y suficiente para la tasa de riego establecida El número de rociadores y su distribución.172 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza El riego es uno de los factores claves para lograr éxito en las operaciones de lixiviación en pila y dump. deben ser apropiados a los parámetros de operación. la separación entre estos y la presión de operación aplicada. pérdidas por evaporación. debe estar de acuerdo con su capacidad de flujo y su área de influencia con la tasa de riego deseada El sistema de bombeo. dotándoles de una máxima flexibilidad a las operaciones de lixiviación El cálculo y el diseño del sistema de flujo. Se debe tener en cuenta que una gota gruesa impide las pérdidas de solución por evaporación(Keane) y disminución de la temperatura de la solución. El sistema de riego debe estar construido con materiales resistentes a los agentes químicos. se deben proteger las cañerías con un material aislante o deben estar enterradas. arrastre por viento. impactará directamente sobre(James): i. altos flujos produce soluciones díluidas y bajos flujos resulta en una producción ineficiente. y pérdida de temperatura que afecte la cinética de lixiviación. si la cantidad de finos no es influyente. Además. conducción y control de flujos de un sistema de lixiviación en pilas queda determinado básicamente por: ii. superificie a regar y tasa de riego. para no tener pérdidas por fricción y aumento en el costo de bombeo Tratar de que la temperatura de la solución de lixiviación. brinda mayor flexibilidad en el manejo operacional Permitir un riego tan uniforme como sea posible Producir un goteo que no rompa el aglomerado. El material de las tuberías plásticas. Sistema de flujo de las soluciones: El sistema de bombeo. debido a los problemas en su armado y desarmado. la velocidad de riego debe variar entre 3. desgaste por uso y condiciones de operación El sistema de riego no debe tener problemas de atascamiento y que sean menos sensibles al congelamiento en tiempo frio y a las incrustaciones El diseño de las tuberías matrices y de los sistemas de riego. además. para lo cual se debe considerar que. condición y control de flujo debe estar de acuerdo con las necesidades de riego. evitando la formación de finos que impidan la percolación por colmatación. Las tuberías no deben ser muy largas. fáciles de instalar y modificar y no corrosivos. Para asegurar una buena distribución de solución. los dispositivos de riego deben ser apropiados. de peso ligero. Por lo que un sistema simple. La tasa de riego se expresa en l/m2 h y se debe determinar en las pruebas metalúrgicas. los que son relativamente baratos. además. usualmente de 3 a 6” de diámetro. Bombeo directo desde el estanque de proceso a la red del sistema de riego Alimentación por gravedad desde un estanque de carga elevado. tiene un macho corrugado para el deslizamiento del tubo distribuidor. atraviesa la mitad de un módulo. La matriz secundaria. en este caso una submatriz (matriz secundaria). típicamente de 35 a 140 kpa y el borde de cada ramal. siendo esta misma distancia entre los goteros. lo que se fomenta cuando la solución permanece quietas o presentan bajas velocidades en las líneas. para garantizar un flujo uniforme (RT). se puede hacer con una gran variedad de dispositivos. una pequeña descarga de solución fluye a través de un camino tortuoso de ranuras entrel el núcleo y el envolvente del gotero mientras se pierde presión. se corre el peligro que las soluciones se congelen. Los ramales son tubos de polietileno de ½”. depende de la presión en la línea. . sobre el cual van instalados los ramales. cada ramal en su conexión con la mariz secundaria. El inconveniente de este tipo de riego. la distancia entre ramales es de 0. es que requiere más trabajo para su instalación. se recomienda usar ramales que estén enterrados a poca profundidad.173 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza Control de las operaciones y procesos Podemos considerar dos sistemas de flujo: iii. En la figura XX se muestra un típico sistema de distribución de solución por ramales. mostrándo el núcleo y la envoltura(Bartlett). Cuando la temperatura es demasiado bajo.4 a 1. También. debe contar con un filtro (figura xxx) para remover los sólidos y evitar obstrucciones de los goteros. el cual recibe la solución por bombeo intermitente desde los estanques de proceso Dispositivos de riego: La distribución de soluciones de riego sobre la superficie de las pilas. XXX Construcción de un emisor de presión de goteo. que están conectados a la matriz secundaria. debe presentar un regulador de presión.2 m. el cual es normalmente menor a los rociadores. XX Sistema de ramales(RT). son de PVC o HDPE. tales como: ramales de gotero a presión (trickles) (Bartlett): También conocido como emisores de presión o comúnmente como parrilla de goteros. de tener manómetros para el control de flujos. Envoltura Nucleo Fig. flexibles. Fig. tal como se muestra en la figura XXX. en este caso. de peso ligero y fácilmente movibles. En cada gotero. Es aconsejable que cada submatriz en su conexión con la matriz principal. El flujo de las gotas. Fig. Fig. Se requiere de presiones de descarga de 170 a 520 kpa. Para cubrir completamente las áreas de riego. Las áreas cubiertas con los circulos regados es totalmente uniforme. con separaciones de 7 a 10 m.2 veces la velocidad del rociador particular.73 veces el radio del rociado. pero las velocidades de evaporación en climas secos y calientes puede ser hasta de 35%. los flujos de riego con estos equipos varían entre 7 a 10 l/m2 h. así que existirá una superposición de los circulos regados como es ilustrado en la figura XXX. xxx ramales enterrados a poca profundidad en climas extremadamente frios (Bartlett). XXX Rociadores de impacto(Bartlett). los rociadores deberían estar espaciados a 1. Aspersores de impacto rotatorios (Impact sprinklers) (Bartlett): Los aspersores de impacto (figura XX) son ordenados en patrones de cinco puntos. produce un flujo de aplicación. con un mínimo de superposición. . debido a que una ligera superposición de los circulos rociados.174 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza Fig. que es 1. XX Vista de planta de una típica instalación con goteros(Bartlett). en verano la evaporacón puede ser del 5 a 6% para rociadores y de 2 a 3% para goteros(James) Cuando no se tiene peligro de precipitación de las aguas duras. Aspersores oscilantes (wobbler sprinklers) (Bartlett): estos cubren una pequeña área por unidad en comparación a los aspersores de impacto. Fig. Estos consisten de tubos plásticos flexibles de 1 a 4 m con pequeños agujeros. XXX Rociadores de oscilantes (Bartlett). XX Aplicación de solución no uniforme con rociadores de impacto(Bartlett). Criterios de elección: Podemos mencionar los siguientes criterios de elección: Para sistemas de riego por goteo o o o o Cuando la disponibilidad de agua es escasa. proporcionando un tamaño de gota más grande. Trozos de mangueras quirúrgicas (de latex) de pequeña longitud llamadas Wigglers Los dos primeros tipos de riego nombrados. XX Riego con aspersores(Soto). pudiendo ocasionar la decrepitación de las menas aglomeradas débilmente. son los más usados a nivel industrial. Tuberías perforadas(Bartlett): Las tuberías de goteo. Por ejemplo. se pueden encontrar datos de las características de cada uno de estos.175 a) Rociadores sin superposición Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza b) Superposición excesiva c) Aplicación de solución desde una superposición óptima Fig. considerándose instalaciones tapadas con láminas y líneas enterradas(Avendaño) Cuando se tiene un régimen de viento fuerte y permanente . que sirvan de pauta para su elección iv. los que impactan con la superficie. Fig. han sido usadas en operaciones de oro de pequeña escala. que descanasan sobre la superficie de la pila. debido al pH de trabajo Cuando hay peligro de congelamiento por el frio. En los catálogos de los fabricantes. temperatura mínima 0oC Regimen de viento moderado o intermitete a ciertas horas del día Cuando se requiere una buena oxigenación de la solución Riego de módulos que están al final de la lixiviación(Lix) Cuando exista un exceso de solución de lixiviación. La probabilidad de compactación disminuye. con el sólo ajuste manual de la bomba. con algunas líneas reubicables de aspersores para lavar ocasionalmente las superficies y regularizar el riego(Avendaño). Con estos reguladores individuales. para el mantenimiento o reposición de los aspesores Problemas de regulación de la presión de trabajo de los aspersores: Es muy difícil regular la presión de regadío de los aspersores. La adición de reguladores individuales de presión simplifica las operaciones de lixiviación y mejora la distribución de la solución sobre la pila. aceptando un mayor flujo durante el ciclo de lixiviación. en comparación a los rociadores Para sistema de riego por aspersión o o o o o o o o Cuando la disponibilidad de agua no es un factor limitante Cuando se tienen aguas muy duras y hay peligro de incrustaciones (precipitaciones por carbonatos) Cuando las condiciones climáticas son favorables. lo que se incrementa en la estación de verano(Walsh).176 o o Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza Cuando se requiera perder en menor grado la temperatura de la solución de riego. debido a la evaporación producida(Lix) Para el riego de los taludes de las pilas El costo de instalación resultante es relativamente similar para ambos tipos de emisores. Dado que el riego con goteros tiende a generar costras salinas en la pila (muy particularmente con los sistemas de riego pulsante). es suficiente regular solamente el flujo de la bomba. durante el invierno Por supresión del regado por alguna parada de planta Parada forzada de la planta por mantenimiento de los aspersores: Es importante elegir dispositivos de buena calidad y que no sea necesario parar frecuentemente la planta. Altas velocidades de irrigación con rociadores. se debe reducir la velocidad de riego. Es decir. para obtener una presión adecuada de operación. puede causar una degradación de la superficie (figura XXX)(James). Es recomendable que luego del apilamiento. para evaluar la permeabilidad de la pila(James). que la temperatura de la solución rica con rociadores. se debe operar con un flujo óptimo. es de 5oC menor con respecto a goteros. tal como se muestra en la figura XX. sólo al inicio del ciclo. resulta conveniente combinar ambos sistemas. Los flujos sobre el nivel óptimo producen mayores velocidades de extracción. Se ha reportado. . el flujo de riego inicial debería ser bajo. Se ha reportado que la disminución de 10 a 5 l/m2 h. Si se emplea una tasa de riego alta se pueden tener los siguientes inconvenientes (Jarufe): o o o o o o o o Restrición del flujo de O2 a través de la pila Dilución de la concentración de la solución rica Aumento de los costos de bombeo Inundación de la pila Saturación del espacio vacío interno Incremento de la canalización y cortocircuito Aumento del nivel freático Reducción prematura en la velocidad de extracción Para vencer estos inconvenientes. v. Problemas en operaciones de regadío por aspersión: Durante el regado de las soluciones se presentan algunos problemas que pueden ocasionar una mala irrigación: Atascamiento de la rotación del aspesor o o o o o Abollamiento de los orificios del aspersor Presión de operación inadecuada Desgaste de las partes móviles del cabezal del rociador Formación de hielo en el cabezal del rociador. no es perjudicial a la extracción de Cu. dispersa gotas que impactan con la superficie. vi. además. XXX Efecto de la velocidad de riego en extracción de Cu(James). lo que puede movilizar partículas finas aglomeradas. Recomendaciones: En el uso de goteros. Esta etapa dura aproximadamente de 24 a 36 h como máximo. una posterior despresurización. debido a que pueden reventar las líneas de los goteros. debido a altos flujos de irrigación Fig.177 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza Fig. estas costras llenarán los espacios vacíos superficiales. Estos finos desunidos. podría precipitar sales y bloquear las líneas (Walsh). El riego con aspersores. incluso pueden ser arrastrados hacia áreas internas de la pila. de tal manera que se le pueda devolver la humedad que ha perdido el aglomerado en la etapa de reposo. someter la pila a una etapa de humectación. Esta operación. estos finos sedimentan sobre la superficie de la pila.XX Degradación suoperficial. el que tiene por objetivo. Se debe evitar presiones muy altas. para . saturar el mineral con bajo flujo de solución. mantener presiones altas con el fin de evitar problemas con bloqueamientos con los sólidos en suspensión. se recomienda presiones mayores a 250 kpa(James). disminuyendo severamente la permeabilidad de la pila(James). ocasionando problemas de percolabilidad. produciendo una costra delgada. por ejemplo puede empezar a una tasa de riego de 5 l/m2 h para terminar con tasa de 8 l/m2 h. Luego. Puede ser necesario. disminuir el flujo de riego. Por lo general la humectación se realiza muy cerca de la siguiente etapa. el mineral se deposita en la instalación y una vez terminado el ciclo de tratamiento este permanece. Consiste en reutilizar continuamente el mismo pad. adicionar anticrustante. debido a la formación de calcita. con el uso de ramales. estáticas y dinámicas [3]: Pila Dinámica: Implica la coexistencia en la pila de materiales que están en distintas etapas del ciclo de tratamiento. Se debe notar que una pila dinámica siempre será renovable. conductividad vii. el mineral agotado se retira del pad y se acopia en un botadero dejando el lugar para cargar mineral fresco.178 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza luego dejarlo nuevamente en reposo hasta que le corresponda entrar al ciclo de lixiviación. Tipos de pilas.- Tuberías de drenaje. logrando así. para mejorar la distribución del riego(Yañez). Presencia de finos. Pila Estática: Consiste en someter todo el mineral acopiado en el pad a las diversas etapas del ciclo de tratamiento (curado – lixiviación – reposo – lavado) en forma simultánea. pero el pad debe ser muy resistente. siendo reemplazados por mineral fresco. conforme se deteriora la superficie de la pila. en pequeños canales(Van Zyl) Implementar sistemas de limpieza de las líneas de riego.De acuerdo con su modo de operación existen dos tipos de pilas. Con este procedimiento se han controlado las posibles canalizaciones. los ripios son retirados para ser dispuestos en un botadero. de modo de permitir un movimiento continuo de material en carga o descarga de las distintas zonas. Pila Renovable: En este caso.- compactación Ciclos de lixiviación. La velocidad de producción es variable y para mantener las condiciones de alimentación de extracción por solventes se deben combinar diferentes ciclos de lixiviación. disminuyendo la posibilidad del colapso de la pila (disminución de la permeabilidad. A pH alcalinos. se carga el mineral en pila y luego de ser tratado. Para los modos de operación mencionados.- Balance de agua . para que el módulo no pierda la humedad que recuperó.- Tipos de carpeta. pudiéndose utilizar como base para acopiar otra pila sobre él o simplemente es abandonado. En el uso de aspersores. especialmente en superficies secas (O`kane)) y se logra reactivar la acción del ácido. un mayor rendimiento antes de la lixiviación propiamente tal(Escondida). Con este método se requiere poco terreno. se debe combinar alguno de los métodos de construcción siguientes: Pila Permanente: En esta configuración. deben confrontarse con los gastos de preparación del yacimiento para aplicar el método.7 8. transporte del mineral mina-planta y relaves a su ubicación final. pero diremos que el principal se refiere al espacio disponible para poder hacer las canchas de lixiviación. 8. las cuales deben su nombre. formación de yeso y otros fenómenos que disminuyen la permeabilidad Se construyen los botaderos a menudo aprovechando quebradas naturales o valle para aprovechar la pendiente natural. Estos ahorros. el gran volumen (altura de 46 a 160 metros) del lecho y sus métodos de construcción. depende de varios factores. se debe considerar. La lixiviación en botaderos es una técnica de liviación empleada para recuperar el cobre contenido en los lastres mineralizados. lo que dependen de: Una baja penetración de aire al interior del lecho Gran tamaño de algunas rocas Compactación de la superficie por el transito de camiones o maquinaria pesada. fugas. Esto evita los gastos de extracción de las menas desde el yacimiento. a que son pilas que no son removidas una vez terminado su ciclo de lixiviación y las denominadas “dinámicas”. creando zonas impermeables Precipitación de sales férrica. 8.4 Lixiviación en Bateas . las “permanentes”. Se aplica la solución en la superficie de botadero (por goteros. y así mantener la estabilidad del botadero y facilitar la recolección de soluciones. altura de la pila. inundación y es recogida en el fondo del botadero y llevada hacia pozos de solución desde donde son transportadas hidráulicamente hacia las plantas de SX. Son necesarios también. 8. generalmente es menor a 0. que unido a una buena aireación (bombeo de aire en algunos casos) y actividad bacterial. además de los gastos en construcción de un sistema para la aplicación y recolección de soluciones. conminuir y lixiviar bajo condiciones controladas y predecibles. La elección de un tipo de pilas en lugar de otro. Los agentes lixiviantes utilizados son: el ácido sulfúrico y los sulfuros de hierro. aspersión. involucra la disolución de la mena fracturada en el yacimiento. hidrofracturación. producen reacciones exotérmicas que elevan la temperatura y con ello la cinética del proceso. Existen dos tipos de pilas de lixiviación. Los tiempos de lixiviación son de años y de bajo rendimiento. impermeabilizaciones.1. los cuales incluyen la fracturación de cuerpo mineralizado (tronadoras.3 Lixiviación In Situ La lixiviación In Situ. en la que la ley de cobre. estudios de hidrología y permeabilidad del entorno de la zona a lixiviar. La mena puede ser de baja ley no procesada (ha quedado In Situ) o cuerpos mineralizados que no pueden se explotados y beneficiados económicamente por métodos convencionales.2 Lixiviación en Botaderos En la explotación de minerales a rajo abierto el material con una ley menor que la de corte. como también los gastos de construcción de una planta de lixivación. etc. La mayor dificultad es la tecnología para fracturar. el cual se ocupa nuevamente para seguir lixiviando pilas.- Granulometría. que si son removidas del lugar de lixiviación. hundimiento.4%. se denomina ganga y la ubicación que a este se le asigna. se llama botadero. Lo mismo sucede con la hidrología por canalizaciones.179 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza Variación de la propiedades químicas en la altura de la pila. etc) para facilitar el contacto del agente lixiviante con el mineral y aumentar la permeabilidad del lecho. son las siguientes: Seleccionar los estanques del máximo tamaño posible. esto se realiza en un sistema en contracorriente o agua de lavado. Luego de la lixiviación. 8. Formar los circuitos con tres reactores y en lo posible. con la solución acuosa que percola e inunda la batea o estanque. Colocar los reactores con desniveles adecuados. Chuquicamata).7 def HIDRÁLICA EN LECHOS POROSOS Aparti de que tamaño debe ser el control de finos en planta .180 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza Esta técnica. El costo de inversión y operación. condiciones adecuadas del flujo. con algunas modificaciones en la operación de la lixiviación entre un lugar a otro. ingrese a un grupo de agitadores (cuyo número varía en función de las características del mineral a tratar) que pueden ser neumáticos o mecánicos. para cualquier combinación en caso de problemas operacionales y/o emergencia. deben poseer una ley alta para pagar el proceso. haciendo que la pulpa avance en una dirección y el agua de lavado en sentido contrario lavando la pulpa. En los agitadores conectados en serie el porcentaje de sólido oscila entre un 33 a 55% y las reacciones exotérmicas que se producen y de dilución del ácido elevan la temperatura a unos 30 a 50°C. los costos de inversión y mantenimieto.6 Lixiviación a presión En este caso de usan reactores herméticas. con lo que se consigue un aumento en la cinética de disolución. con lo que se logra que se pueda aumentar la solubilidad de alguna especie gaseosa. donde se tiene cinética mucho mayor. Este sistema. son elevados. es aplicable a los concentrados de Cu. para ello se requiere que la fase sólida. Este método es aún usado en algunas plantas (Cascada. El método consiste en que la pulpa entregada por los molinos y ya clasificada por lo hidrociclones. que puede durar entre 8 a 16 horas. Este método.5 Lixiviación por Agitación La lixiviación de pulpas. Se pueden lograr altas temperaturas. para permitir el flujo de las pulpas por gravedad. surge el problema de separar el líquido del sólido. 8. llamados “autoclaves”. con respecto a la anterior: Puede alcanzar altas presiones. Las menas de cobre a tratar por este método. consiste en contactar un lecho mineral. La geometría del lecho la establece la batea (rectángulos o cilíndrica). que permita el drenaje de las soluciones. para minimizar la compactación del lecho Las plantas de percolación presentan alta flexibilidad de operación existiendo variados procedimientos de carguío. esta debe contar con un fondo falso filtrante. ataques y lavados conforme a las caraterísticas físicas de la mena chancada -1/2” a -1/4”. para reducir su número y con ello. se realiza en reactores que logran un significativo grado de mezclamiento de las fases involucradas. presente granulometría fina y obtener así. que la obtenida en pilas. 8. donde se logra el ataque de la mena por el ácido sulfúrico. por lo que no son aplicables directamente al mineral. como por ejemplo el O2. Debe considerarse la existencia de by-pass. Las características del mineral que se trate por esta vía. son: Generar poco fino durante el chancado y el ataque químico Leyes altas y mineralización expuesta Baja retención de humedad. Algunas recomendaciones prácticas realizadas por la DENVER para la lixiviación por agitación. uno de reserva para trabajos de limpieza y mantención. los que tienen dos características fundamentales. por sus mayores costos de conminución y energía. ingresa por un lado la pulpa a hidroclones o espesadores. 181 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza . 3: Principales minerales consumidores de ácido y sus características de neutralización El potencial de consumo de ácido corresponde el peso en gramos necesario para lograr el mismo efecto neutralizador que cien gramos de calcita.182 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza G IX. . se le utiliza como referencia para señalar el potencial de consumo de ácido de un mineral. Mineral Composición Potencial de Consumo de Ácido Carbonatos Calcita / CaCO3 100 Dolomita MgCa(CO3)2 92 Siderita FeCO3 116 Magnesita MgCO3 84 Rodocrosita MnCO3 115 Witerita BaCO3 196 Ankerita CaFe(CO3)2 108 Malaquita Cu2CO3(OH)2 74 Gibsita Al(OH)3 26 Limonita / FeOOH 89 Manganita MnOOH 88 Brucita Mg(OH)2 29 Aragonita Hidróxidos Geotita Tabla 2. En el cuadro siguiente se expresa el potencial de consumo de ácido de los carbonatos e hidróxidos más abundantes. d La calcita es generalmente el más reactivo de los minerales consumidores de ácido y como además es uno de los más comunes. 183 Apuntes de lixiviación: Santiago Honores Meza .